KR20220005295A - DC-DC converter for charge current and load sharing control - Google Patents

DC-DC converter for charge current and load sharing control Download PDF

Info

Publication number
KR20220005295A
KR20220005295A KR1020200082983A KR20200082983A KR20220005295A KR 20220005295 A KR20220005295 A KR 20220005295A KR 1020200082983 A KR1020200082983 A KR 1020200082983A KR 20200082983 A KR20200082983 A KR 20200082983A KR 20220005295 A KR20220005295 A KR 20220005295A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current
converter
load
battery
ammeter
Prior art date
Application number
KR1020200082983A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102534172B1 (en
Inventor
이동희
Original Assignee
경성대학교 산학협력단
김동완
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경성대학교 산학협력단, 김동완 filed Critical 경성대학교 산학협력단
Priority to KR1020200082983A priority Critical patent/KR102534172B1/en
Publication of KR20220005295A publication Critical patent/KR20220005295A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102534172B1 publication Critical patent/KR102534172B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381Dispersed generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30Electrical components
    • H02S40/32Electrical components comprising DC/AC inverter means associated with the PV module itself, e.g. AC modules
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

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

Abstract

A DC-DC converter for charging current and load sharing control is provided. According to an embodiment of the present invention, the DC-DC converter, in which a renewable energy generation current is input to an input terminal and a load and a rechargeable battery are formed in parallel to an output terminal, comprises: a first ammeter that measures an output current therein; a second ammeter that measures an external current; a control unit that receives and calculates measured current values of the first ammeter and the second ammeter to output a control output. A current line on one side of the rechargeable battery is connected to the second ammeter so that the control unit detects both the output current and a battery charging/discharging current to control the output current according to the amount of the battery charging/discharging current.

Description

충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터{DC-DC converter for charge current and load sharing control}DC-DC converter for charge current and load sharing control

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.The present invention relates to a DC-DC converter for controlling charging current and load sharing, and more particularly, to a method for efficiently managing power in each converter when a plurality of converters simultaneously supply power to a battery and a load. It relates to DC-DC converters.

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.Demand for renewable energy such as solar power and wind power is increasing in order to deplete resources and protect the environment. Since it is difficult to continuously generate such renewable energy because it is greatly affected by environmental factors such as climate, an ESS (Energy Storage System) such as a battery is used in combination for this purpose. Such a battery charges the generated power and continuously supplies power in the discontinuous power generation section.

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.As such, as a converter for the use of renewable energy, a buck-boost converter capable of generating a constant voltage and current for both a low voltage and a high voltage is widely used. However, since battery charging or power supply is not smooth with one converter, it is common to drive a plurality of converters in parallel to charge a battery or supply power to a load, and in this case, parallel control for sharing the supply of the load Skills are essential.

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.In addition, in order to protect the battery, it is essential to control the converter by detecting the charging and discharging currents of the battery because the current charged and discharged from the battery must be within a limited value.

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.As such technology, in 'DC-DC converter for solar energy storage system and its control method (Public No. 10-2019-0137246)', battery consumption is minimized by maintaining only a minimized function in the solar energy storage system. Disclosed are a DC-DC converter that blocks overdischarge of a battery by appropriately switching between a sleep mode and a cutoff mode that prevents overdischarge of a battery by physically blocking a circuit connected to a battery, and a method for controlling the same.

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. However, in this way, it is not possible to separately check the actual charge/discharge current supplied to the battery and the load current supplied to the load, but only the output current of the converter can be checked. There was a problem that I couldn't control it.

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.In particular, when the charge/discharge current of the battery is excessively input or overcharged, the lifespan of the battery may be rapidly reduced, and battery damage may occur. In addition, when a plurality of DC-DC converters are connected in parallel, it is difficult to control the load current in each converter, so there is a limit to evenly sharing the load. Therefore, new technology development is urgently required.

KRKR 10-2019-013724610-2019-0137246 AA

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.DC capable of simultaneously controlling the charging and discharging current of the battery in each converter by calculating the battery charge/discharging current and the load current respectively from the DC-DC converters connected in parallel, and at the same time controlling the load current to evenly distribute the load of each converter It aims to provide a -DC converter.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터는 입력단에 신재생에너지 발전전류가 입력되고, 출력단에 부하와 배터리가 병렬 결성되는 DC-DC 컨버터에 있어서, 내부에 출력전류를 측정하는 제1 전류계와; 외부전류를 측정하는 제2 전류계와; 상기 제1 전류계와 제2 전류계의 측정 전류값을 입력받아 연산하고 제어출력을 출력하는 제어부를; 포함하여 구성되어, 상기 제2 전류계에 상기 배터리의 일측 전류선로를 연결시켜 상기 제어부에서 출력전류와 배터리 충/방전 전류를 동시에 감지하여 상기 배터리 충/방전 전류량에 따라 출력전류를 제어시키는 것을 기술적 요지로 한다.In order to achieve the above object, a DC-DC converter for charging current and load sharing control according to an embodiment of the present invention is a DC-DC converter in which a renewable energy generation current is input to an input terminal, and a load and a battery are formed in parallel to an output terminal. A DC converter comprising: a first ammeter for measuring an output current therein; a second ammeter for measuring an external current; a control unit for receiving the measured current values of the first ammeter and the second ammeter, calculating and outputting a control output; It consists of including, by connecting the current line of one side of the battery to the second ammeter, the control unit senses the output current and the battery charge/discharge current at the same time to control the output current according to the amount of the battery charge/discharge current do it with

이러한 충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터는, n개의 DC-DC 컨버터 출력단을 배터리와 부하에 병렬 연결시켜 사용하는 경우, 상기 각 DC-DC 컨버터의 제2 전류계들에는 배터리 일측 전류선로를 직렬 연결시켜 각 DC-DC 컨버터에서 각자의 출력전류와 배터리 충/방전 전류를 감지하여 출력전류를 제어시키는 것으로 한다.In the case of using the DC-DC converter for controlling the charging current and load sharing by connecting n DC-DC converter output terminals to the battery and the load in parallel, the second ammeters of each DC-DC converter have a current line on one side of the battery. are connected in series to control the output current by sensing each output current and battery charge/discharge current in each DC-DC converter.

이러한 충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터는, 외부전류를 측정하는 제3 전류계를; 더 포함하여 구성되어 상기 제2 전류계와 제3 전류계에 상기 배터리의 접지측 전류선로를 직렬연결시키고, 제2 전류계와 제3 전류계 사이 선로에는 부하단 접지 선로를 연결시켜, 제1 전류계에서는 출력전류, 제2 전류계에서는 배터리 충/방전 전류, 제3 전류계에서는 배터리 충/방전 전류와 부하전류를 감지하며 상기 제어부에서 상기 출력전류, 배터리 충/방전 전류, 부하전류를 연산하여 상기 출력전류를 제어시키는 것으로 한다.The DC-DC converter for controlling the charging current and the load sharing includes a third ammeter for measuring an external current; It further comprises to connect the ground-side current line of the battery to the second ammeter and the third ammeter in series, and connect the load-end grounding line to the line between the second ammeter and the third ammeter, and the output current in the first ammeter , the second ammeter detects battery charge/discharge current, and the third ammeter detects battery charge/discharge current and load current, and the control unit calculates the output current, battery charge/discharge current, and load current to control the output current make it as

이러한 충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터는, n개의 DC-DC 컨버터 출력단을 배터리와 부하에 병렬 연결시켜 사용하는 경우, 상기 각 DC-DC 컨버터의 제2 전류계들에 배터리 접지측 전류선로를 직렬 연결시킨 배터리전류 감지선로와; 상기 배터리전류 감지선로의 단부에 직렬 연장된 선로로서, 상기 각 DC-DC 컨버터의 제3 전류계들을 직렬연결시킨 부하전류 감지선로;로 결선하고 상기 배터리전류 감지선로와 부하전류 감지선로 사이에는 부하단 접지 선로를 연결시켜, 각 DC-DC 컨버터의 제1 전류계에서는 출력전류, 제2 전류계에서는 배터리 충/방전 전류, 제3 전류계에서는 배터리 충/방전 전류와 부하전류를 감지하여 상기 제어부로 전달하고, 상기 제어부에서는 출력전류, 배터리 충/방전 전류, 부하전류를 연산하여 출력전류를 제어시키는 것으로 한다.In the case of using the DC-DC converter for controlling the charging current and load sharing by connecting n DC-DC converter output terminals to the battery and the load in parallel, the battery ground-side current is supplied to the second ammeters of each DC-DC converter. a battery current sensing line connecting the lines in series; A line extending in series from the end of the battery current sensing line, a load current sensing line connecting the third ammeters of the respective DC-DC converters in series; and connected to a load terminal between the battery current sensing line and the load current sensing line. By connecting the ground line, the output current in the first ammeter of each DC-DC converter, the battery charge/discharge current in the second ammeter, and the battery charge/discharge current and load current in the third ammeter are sensed and delivered to the control unit, The control unit controls the output current by calculating the output current, the battery charge/discharge current, and the load current.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터는 입력단에 신재생에너지 발전전류가 입력되고, 출력단에 부하와 배터리가 병렬 결성되는 DC-DC 컨버터에 있어서, 내부에 출력전류를 측정하는 제1 전류계와; 외부전류를 측정하는 제2 전류계와; 상기 제1 전류계와 제2 전류계의 측정 전류값을 입력받아 연산하고 제어출력을 출력하는 제어부를; 포함하여 구성되어, 상기 제2 전류계에 상기 부하측 전류선로를 연결시켜 상기 제어부에서 출력전류와 부하전류를 감지하여 상기 배터리 충/방전 전류량을 연산하고 출력전류를 제어시키는 것을 기술적 요지로 한다.In order to achieve the above object, in a DC-DC converter for charging current and load sharing control according to another embodiment of the present invention, a new renewable energy generation current is input to an input terminal, and a load and a battery are formed in parallel to an output terminal. - A DC converter comprising: a first ammeter for measuring an output current therein; a second ammeter for measuring an external current; a control unit that receives the measured current values of the first ammeter and the second ammeter, calculates, and outputs a control output; A technical gist of the present invention is to connect the load-side current line to the second ammeter to detect the output current and the load current in the control unit to calculate the battery charge/discharge current amount and to control the output current.

이러한 충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터는, n개의 DC-DC 컨버터 출력단을 배터리와 부하에 병렬 연결시켜 사용하는 경우, 상기 각 DC-DC 컨버터의 제2 전류계들에는 부하측 전류선로를 직렬 연결시켜 각 DC-DC 컨버터에서 각자의 출력전류와 부하전류를 감지하고, 배터리 충/방전 전류를 연산하여 출력전류를 제어시키는 것으로 한다.In the DC-DC converter for controlling the charging current and load sharing, when n output terminals of the DC-DC converter are connected in parallel to the battery and the load, the load-side current line is connected to the second ammeters of each DC-DC converter. By connecting them in series, each DC-DC converter detects each output current and load current, and calculates the battery charge/discharge current to control the output current.

상기 과제의 해결수단에 의한 본 발명은, 각 컨버터에서 출력전류와 배터리 충/방전 전류, 부하전류를 각각 측정할 수 있다는 효과가 있다.The present invention by means of solving the above problems has an effect that each converter can measure the output current, the battery charge/discharge current, and the load current.

따라서 배터리 충/방전 전류의 순시 제어를 통한 배터리 보호가 가능하고, 부하전류 제어를 통한 부하전력의 실시간 분담 제어가 가능하다는 효과가 있다.Therefore, it is possible to protect the battery through instantaneous control of the battery charge/discharge current and to control the real-time sharing of load power through load current control.

또한, 신재생 에너지 전력시스템과 연계하여 안정적인 전력공급이 가능한 이점이 있다.In addition, there is an advantage that stable power supply is possible in connection with the renewable energy power system.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 출력전류와 배터리 충/방전 전류를 감지하기 위한 회로도.
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 회로도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 컨버터를 병렬 연결시킨 경우 컨버터 출력전류, 배터리 충/방전 전류, 부하전류를 감지하기 위한 회로도.
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.
1 is a circuit diagram for detecting a converter output current and a battery charge/discharge current according to an embodiment of the present invention;
2 is a circuit diagram showing a case in which two converters are connected in parallel in the related art.
3 is a circuit diagram for detecting a converter output current and a battery charge/discharge current when two converters are connected in parallel according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram for detecting a converter output current, a battery charge/discharge current, and a load current according to an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram for detecting a converter output current, a battery charge/discharge current, and a load current when a plurality of converters are connected in parallel according to an embodiment of the present invention.
6 is a circuit diagram for detecting a converter output current, a battery charge/discharge current, and a load current when two converters are connected in parallel according to an embodiment of the present invention.
7 is a circuit diagram for detecting a converter output current, a battery charge/discharge current, and a load current when two converters are connected in parallel according to another embodiment of the present invention.
8 is a control block diagram for a battery current and load sharing in a converter parallel connection circuit according to an embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings 1 to 6 . On the other hand, in the drawings and detailed description, general renewable energy generation stage, ammeter, converter Illustrations and references to configurations and actions that can be easily understood by those skilled in this field from etc. have been simplified or omitted. In particular, in the drawings and detailed descriptions, detailed descriptions and illustrations of specific technical configurations and actions of elements not directly related to the technical features of the present invention are omitted, and only the technical configurations related to the present invention are briefly illustrated or described. did

본 발명의 일 실시예에 따른 충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터를 포함하는 전기회로는 도 1에 도시된 바와 같이, 신재생에너지 발전단(100), 컨버터(200), 배터리(300) 및 부하(400)를 포함하여 이루어진다. 신재생에너지 발전단(100)에서 생성된 전류가 컨버터(200)를 통과하면서 제어되어 배터리(300)와 부하(400)로 공급되는 것이다.As shown in FIG. 1, an electric circuit including a DC-DC converter for charging current and load sharing control according to an embodiment of the present invention includes a renewable energy generation stage 100, a converter 200, a battery ( 300) and a load 400 . The current generated in the renewable energy generation stage 100 is controlled while passing through the converter 200 and supplied to the battery 300 and the load 400 .

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.Here, the converter 200 will be described using a buck-boost converter as an example. The buck-boost converter consists of a buck switch and a protective diode for switching and controlling the output voltage with respect to a high input voltage, and includes a boost switch, a boost inductor, and a diode for maintaining the output voltage with respect to a low input voltage. In addition, an ammeter such as a current sensor is included to detect the output current of the converter. In the embodiment of the present invention, such a buck-boost converter is shown, but the present invention is not limited thereto, and can be applied to various converters.

종래의 컨버터(200)는 도 2와 같이 출력단을 공유하여 사용함으로써, 간단하게 병렬 회로를 구성할 수 있다는 장점이 있으나, 배터리에 충전되는 실제 충/방전 전류(

Figure pat00001
)와 부하로 공급되는 부하전류(
Figure pat00002
)를 따로 구분하여 확인할 수 없고, 단지 컨버터의 전류센서(210a, 210b)에서 검출되는 출력전류 (
Figure pat00003
,
Figure pat00004
)만을 확인할 수 있으므로, 배터리의 충/방전 전류와 부하전류를 제어할 수 없는 단점이 있다. 특히, 배터리의 경우 과충전이 되거나, 충/방전 전류가 과다하게 입력되는 경우에는 배터리의 수명이 급격하게 감소하고, 배터리 소손이 발생할 수 있는 문제점이 있다.The conventional converter 200 has an advantage that a parallel circuit can be configured simply by sharing an output terminal as shown in FIG. 2 , but the actual charge/discharge current (
Figure pat00001
) and the load current (
Figure pat00002
) cannot be checked separately, only the output current (
Figure pat00003
,
Figure pat00004
) can be checked, so the charge/discharge current and load current of the battery cannot be controlled. In particular, when the battery is overcharged or when the charge/discharge current is excessively input, the lifespan of the battery is rapidly reduced and battery damage may occur.

따라서, 배터리의 과충전 및 충/방전 전류로 인한 소손과 수명 단축을 방지하기 위해서는 배터리의 충/방전 전류(

Figure pat00005
)를 별도로 검출할 수 있어야 하므로 도 1과 같이 컨버터(200)는 컨버터(200)의 출력전류(
Figure pat00006
)를 검출하는 제1 전류계(210), 외부전류를 검출하는 제2 전류계(220) 및 제1 전류계(210)와 제2 전류계(220)의 측정 전류값을 입력받아 연산하고 제어출력을 출력하는 제어부(240)를 포함하여 구성되도록 한다.Therefore, in order to prevent burnout and shortening of lifespan due to overcharging and charging/discharging current of the battery, the charge/discharge current (
Figure pat00005
) must be separately detectable, so as shown in FIG. 1 , the converter 200 has an output current (
Figure pat00006
) of the first ammeter 210 to detect, the second ammeter 220 to detect an external current, and the measured current values of the first ammeter 210 and the second ammeter 220 to calculate and output a control output It is configured to include the control unit 240 .

이때, 배터리(300)의 일측 전류선로를 제2 전류계(220)에 연결시키면 제2 전류계(220)가 외부전류로서 배터리(300)의 충/방전 전류(

Figure pat00007
)를 검출할 수 있게 되는 것이다.At this time, when a current line of one side of the battery 300 is connected to the second ammeter 220 , the second ammeter 220 is an external current as the charge/discharge current (
Figure pat00007
) can be detected.

제어부(240)는 컨버터(200) 출력전류(

Figure pat00008
)와 배터리(300) 충/방전 전류(
Figure pat00009
)를 동시에 감지하여 배터리(300) 충/방전 전류(
Figure pat00010
)에 따라 컨버터(200) 출력전류(
Figure pat00011
)를 제어시킴으로써 배터리의 과충전을 방지할 수 있게 된다.The control unit 240 is the converter 200 output current (
Figure pat00008
) and the battery (300) charge/discharge current (
Figure pat00009
) at the same time to detect the battery 300 charge/discharge current (
Figure pat00010
) according to the converter 200 output current (
Figure pat00011
) to prevent overcharging of the battery.

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. 제2 전류계(220)에 부하(400) 일측 전류선로를 연결시키면 제2 전류계(220)에서는 부하(400) 충/방전 전류(

Figure pat00012
)를 검출할 수 있게 되는 것이다.In addition, when the current control of the load 400 is more important than the current control of the battery 300, such as when constant power must be supplied to the load 400 for 24 hours, the second ammeter 220 of the converter 200 ) may be connected to one side current line of the load 400 instead of the one side current line of the battery 300 . When a current line on one side of the load 400 is connected to the second ammeter 220 , the second ammeter 220 uses the load 400 charge/discharge current (
Figure pat00012
) can be detected.

따라서 배터리(300)의 보호와 부하(400) 분담 중 더 중요한 사항에 따라 제2 전류계(220)에 배터리(300)의 일측 전류선로를 연결시키느냐 부하(400)의 일측 전류선로를 연결시키느냐를 선택하여 제어할 수 있는 것이다.Therefore, it is selected whether to connect the current line on one side of the battery 300 or the current line on the one side of the load 400 to the second ammeter 220 according to more important matters among the protection of the battery 300 and the load 400 sharing. so you can control it.

한편, 복수 개의 컨버터(200) 출력단을 배터리(300)와 부하(400)에 병렬 연결시켜 사용하는 경우에는 배터리(300) 일측 전류선로를 각 컨버터(200)의 제2 전류계(220)들에 직렬 연결시킴으로써 각 컨버터(200) 모두에서 배터리(300)의 충/방전 전류(

Figure pat00013
)를 측정할 수 있다.On the other hand, when the output terminals of the plurality of converters 200 are connected in parallel to the battery 300 and the load 400 and used, one side current line of the battery 300 is connected in series to the second ammeters 220 of each converter 200 . By connecting the charge/discharge current (
Figure pat00013
) can be measured.

2개의 컨버터(200)를 병렬 연결시키는 경우의 실시예를 살펴보면, 2개의 컨버터(200a, 200b) 모두에서 동시에 배터리(300) 충/방전 전류(

Figure pat00014
)를 검출하기 위하여 도 3과 같이 회로가 구성될 수 있다. 배터리(300)의 일측 전류선로가 양측 컨버터(200a, 200b)의 각 제2 전류계(220a, 220b)와 직렬 연결되어 각 컨버터(200a, 200b)에서 배터리(300) 충/방전 전류(
Figure pat00015
)를 검출할 수 있는 것이다.Looking at an embodiment in which the two converters 200 are connected in parallel, the battery 300 charging/discharging current (
Figure pat00014
), the circuit may be configured as shown in FIG. 3 . A current line on one side of the battery 300 is connected in series with each of the second ammeters 220a and 220b of the converters 200a and 200b on both sides, so that the charge/discharge current of the battery 300 in each converter 200a, 200b (
Figure pat00015
) can be detected.

상술한 바와 같이 각 컨버터(200)에서 컨버터(200) 출력전류(

Figure pat00016
)와 배터리(300) 충/방전 전류(
Figure pat00017
)를 검출하면 배터리(300) 충전전류량에 따라 제어부(240)에서 컨버터(200) 출력전류(
Figure pat00018
)를 제어시킴으로써 배터리(300)의 충/방전 전류(
Figure pat00019
)를 제어할 수 있으므로 배터리(300)의 과충전을 방지할 수 있으며, 이를 통하여 배터리(300)의 소손 및 수명 감소를 억제할 수 있다.As described above, in each converter 200, the converter 200 output current (
Figure pat00016
) and the battery (300) charge/discharge current (
Figure pat00017
) is detected, the converter 200 output current (
Figure pat00018
) by controlling the charge/discharge current (
Figure pat00019
.

그러나, 각 컨버터(200)에서 다른 컨버터(200)의 전류나 부하(400) 전류(

Figure pat00020
)는 검출할 수 없으므로, 정확한 부하 분담이 불가능하며, 이는 컨버터(200) 상태에 따라 수시로 바뀌므로 부하(400) 분담 제어는 이루어지지 않는 문제점이 여전히 존재한다.However, in each converter 200, the current of the other converter 200 or the load 400 current (
Figure pat00020
) cannot be detected, so accurate load sharing is not possible, and since this changes frequently depending on the state of the converter 200, there is still a problem in that load 400 sharing control is not performed.

따라서, 컨버터(200)는 도 4와 같이, 제3 전류계(230)를 더 포함하여 구성되어, 제2 전류계(220)와 제3 전류계(230)에 배터리(300)의 접지측 전류선로를 직렬로 연결시키고, 제2 전류계(220)와 제3 전류계(230) 사이 선로에는 부하(400)의 접지측 전류선로를 연결시킨다. 이를 통해 제1 전류계(210)에서는 컨버터(200)의 출력전류(

Figure pat00021
)를, 제2 전류계(220)에서는 배터리(300) 충/방전 전류(
Figure pat00022
)를, 제3 전류계(230)에서는 배터리(300) 충/방전 전류(
Figure pat00023
)와 부하(400) 전류(
Figure pat00024
)가 더해진 전체 전류(
Figure pat00025
)를 검출할 수 있게 된다. 제어부(240)에서는 이렇게 검출된 배터리(300) 충/방전 전류(
Figure pat00026
)와 부하(400) 전류(
Figure pat00027
)가 더해진 전체 전류(
Figure pat00028
)에서 배터리(300) 충/방전 전류(
Figure pat00029
)를 이용하면 부하(400) 전류(
Figure pat00030
)를 산출할 수 있다.Accordingly, the converter 200 is configured to further include a third ammeter 230 as shown in FIG. 4 , and connect the ground-side current line of the battery 300 to the second ammeter 220 and the third ammeter 230 in series. and a ground-side current line of the load 400 is connected to a line between the second ammeter 220 and the third ammeter 230 . Through this, in the first ammeter 210, the output current (
Figure pat00021
), in the second ammeter 220, the battery 300 charge/discharge current (
Figure pat00022
), in the third ammeter 230, the battery 300 charge/discharge current (
Figure pat00023
) and load 400 current (
Figure pat00024
) plus the total current (
Figure pat00025
) can be detected. In the control unit 240, the detected battery 300 charge/discharge current (
Figure pat00026
) and load 400 current (
Figure pat00027
) plus the total current (
Figure pat00028
) in the battery 300 charge/discharge current (
Figure pat00029
) using the load 400 current (
Figure pat00030
) can be calculated.

즉, 이러한 방법으로 컨버터(200)에서는 컨버터(200) 출력전류(

Figure pat00031
), 배터리(300) 충/방전 전류(
Figure pat00032
), 부하(400) 전류(
Figure pat00033
)를 각각 산출할 수 있는 것이다.That is, in the converter 200 in this way, the converter 200 output current (
Figure pat00031
), battery 300 charge/discharge current (
Figure pat00032
), load 400 current (
Figure pat00033
) can be calculated separately.

상술한 바와 같이 컨버터(200)에서 컨버터(200) 출력전류(

Figure pat00034
)와 배터리(300) 충/방전 전류(
Figure pat00035
), 부하(400) 전류(
Figure pat00036
)를 검출하면 배터리(300) 충전전류량과 컨버터(200)의 부하(400) 분담에 따라 제어부(240)에서 컨버터(200) 출력전류(
Figure pat00037
)를 제어시킴으로써 배터리(300)의 충/방전 전류(
Figure pat00038
)를 제어할 수 있으므로 배터리(300)의 과충전을 방지하고, 균등한 부하(400) 분담이 가능하다.As described above, in the converter 200, the converter 200 output current (
Figure pat00034
) and the battery (300) charge/discharge current (
Figure pat00035
), load 400 current (
Figure pat00036
) is detected, the output current (
Figure pat00037
) by controlling the charge/discharge current (
Figure pat00038
) can be controlled to prevent overcharging of the battery 300 and to evenly distribute the load 400 .

한편, 복수 개의 컨버터(200) 출력단을 배터리(300)와 부하(400)에 병렬 연결시켜 사용하는 경우에는 도 5와 같이, 각 컨버터(200)의 제2 전류계(220)들에 배터리(300)의 접지측 전류선로를 직렬 연결시킨 배터리전류 감지선로(250)와, 배터리전류 감지선로(250)의 단부에서 직렬 연장된 선로에 각 컨버터(200)의 제3 전류계(230)들을 직렬 연결시킨 부하전류 감지선로(260)를 결선하고, 배터리전류 감지선로(250)와 부하전류 감지선로(260) 사이에는 부하(400)의 접지측 전류선로를 연결시켜 각 컨버터(200)의 제1 전류계(210)에서는 각 컨버터(200)의 출력전류(

Figure pat00039
,
Figure pat00040
,
Figure pat00041
)를, 제2 전류계(220)에서는 배터리(300)의 충/방전 전류(
Figure pat00042
)를, 제3 전류계(230)에서는 배터리(300)의 충/방전 전류(
Figure pat00043
)와 부하(400) 전류(
Figure pat00044
)가 더해진 전류(
Figure pat00045
)를 각각 측정할 수 있다.On the other hand, when the output terminals of the plurality of converters 200 are connected in parallel to the battery 300 and the load 400, as shown in FIG. 5 , the second ammeters 220 of each converter 200 are connected to the battery 300 . A load in which the third ammeter 230 of each converter 200 is connected in series to a battery current sensing line 250 to which the ground-side current line of The current sensing line 260 is connected, and the ground-side current line of the load 400 is connected between the battery current sensing line 250 and the load current sensing line 260 to connect the first ammeter 210 of each converter 200. ) in the output current (
Figure pat00039
,
Figure pat00040
,
Figure pat00041
), in the second ammeter 220, the charge/discharge current of the battery 300 (
Figure pat00042
), in the third ammeter 230, the charge/discharge current of the battery 300 (
Figure pat00043
) and load 400 current (
Figure pat00044
) plus the current (
Figure pat00045
) can be measured individually.

각 컨버터(200)의 제어부(240)에서는 이렇게 검출된 배터리(300) 충/방전 전류(

Figure pat00046
)와 부하(400) 전류(
Figure pat00047
)가 더해진 전류(
Figure pat00048
)에서 배터리(300) 충/방전 전류(
Figure pat00049
)를 이용하여 부하(400) 전류(
Figure pat00050
)를 산출할 수 있다.In the controller 240 of each converter 200, the battery 300 charge/discharge current (
Figure pat00046
) and load 400 current (
Figure pat00047
) plus the current (
Figure pat00048
) in the battery 300 charge/discharge current (
Figure pat00049
) using the load 400 current (
Figure pat00050
) can be calculated.

즉, 이러한 방법으로 각 컨버터(200)에서는 컨버터(200) 출력전류(

Figure pat00051
,
Figure pat00052
,
Figure pat00053
), 배터리(300) 충/방전 전류(
Figure pat00054
), 부하(400) 전류(
Figure pat00055
)를 각각 산출할 수 있는 것이다.That is, in each converter 200 in this way, the converter 200 output current (
Figure pat00051
,
Figure pat00052
,
Figure pat00053
), battery 300 charge/discharge current (
Figure pat00054
), load 400 current (
Figure pat00055
) can be calculated separately.

2개의 컨버터(200)를 병렬 연결시키는 경우의 실시예를 살펴보면, 2개의 컨버터(200a, 200b) 모두에서 동시에 배터리(300) 충/방전 전류(

Figure pat00056
)와 부하(400) 전류(
Figure pat00057
)를 검출하기 위하여 도 6과 같이 회로가 구성될 수 있다. 먼저, 배터리(300)의 접지측 전류선로를 양측 컨버터(200a, 200b)의 각 제2 전류계(220a, 220b)와 각 제3 전류계(230a, 230b)에 직렬 연결시킨다. 또한, 배터리(300)의 접지측 전류선로 중 제2 전류계(220a, 220b)는 모두 지나고, 제3 전류계(230a, 230b)로 입력되기 전 지점에 부하(400)의 접지측 전류선로를 연결시킨다.Looking at an embodiment in which the two converters 200 are connected in parallel, the battery 300 charging/discharging current (
Figure pat00056
) and load 400 current (
Figure pat00057
), the circuit may be configured as shown in FIG. 6 . First, the ground-side current line of the battery 300 is connected in series to each of the second ammeters 220a and 220b and each of the third ammeters 230a and 230b of the converters 200a and 200b on both sides. In addition, all of the second ammeters 220a and 220b of the ground-side current lines of the battery 300 pass, and the ground-side current line of the load 400 is connected to a point before being input to the third ammeters 230a and 230b. .

즉, 배터리(300)의 접지측 전류선로가 양측 컨버터(200a, 200b)의 각 제2 전류계(220a, 220b)에 직렬 연결되도록 하는 배터리전류 감지선로(250)를 결선시키고, 제2 전류계(220a, 220b)를 모두 지나고 난 배터리전류 감지선로(250)의 단부에 부하(400)의 접지측 전류선로가 연결되어 양측 컨버터(200a, 200b)의 각 제3 전류계(230a, 230b)에 직렬 연결되도록 하는 부하전류 감지선로(260)를 결선시킨다.That is, the battery current sensing line 250 is connected so that the ground-side current line of the battery 300 is connected in series to each of the second ammeters 220a and 220b of the converters 200a and 200b on both sides, and the second ammeter 220a , 220b), the ground-side current line of the load 400 is connected to the end of the battery current sensing line 250 so that it is serially connected to each of the third ammeters 230a and 230b of the converters 200a and 200b on both sides. The load current sensing line 260 is connected.

이때, 제2 전류계(220a, 220b)에서는 배터리(300) 충/방전 전류(

Figure pat00058
)가 검출되고, 제3 전류계(230a, 230b)에서는 배터리(300) 충/방전 전류(
Figure pat00059
)와 부하(400) 전류(
Figure pat00060
)가 더해진 전류(
Figure pat00061
)가 검출되므로 각 컨버터(200a, 200b)의 제어부(240)에서 연산을 통해 부하(400) 전류(
Figure pat00062
)도 검출할 수 있게 되는 것이다.At this time, in the second ammeter (220a, 220b), the battery 300 charge / discharge current (
Figure pat00058
) is detected, and in the third ammeters 230a and 230b, the battery 300 charge/discharge current (
Figure pat00059
) and load 400 current (
Figure pat00060
) plus the current (
Figure pat00061
) is detected, so the load 400 current (
Figure pat00062
) can also be detected.

또 다른 실시예를 살펴보면, 도 7에서는, 부하(400) 전류(

Figure pat00063
)가 제3 전류계(230)에서 직접 검출될 수 있도록 하는 결선방법을 제시하고 있다. 배터리(300)의 접지측 전류선로가 양측 컨버터(200a, 200b)의 각 제2 전류계(220a, 220b)에 직렬 연결되도록 하는 배터리전류 감지선로(250)를 결선시키고, 부하(400)측 전류선로가 양측 컨버터(200a, 200b)의 각 제3 전류계(230a, 230b)에 직렬 연결되도록 하는 부하전류 감지선로(260)를 결선시켜 제2 전류계(220a, 220b)에서는 배터리(300) 충/방전 전류만 검출하고, 제3 전류계(230a, 230b)에서는 부하(400) 전류만 검출할 수 있게 되는 것이다.Looking at another embodiment, in Figure 7, the load 400 current (
Figure pat00063
) to be directly detected by the third ammeter 230 is presented. The battery current sensing line 250 is connected so that the ground-side current line of the battery 300 is connected in series to each of the second ammeters 220a and 220b of the converters 200a and 200b on both sides, and the load 400 side current line is connected in series to each of the third ammeters 230a and 230b of the both sides of the converters 200a and 200b, and the second ammeter 220a, 220b has a battery 300 charging/discharging current. is detected, and only the load 400 current can be detected by the third ammeters 230a and 230b.

도 6에서 제시하는 방법과는 달리, 도 7에서 제시하는 방법에 의한 결선은 제2 전류계(220)에서는 배터리(300) 충/방전 전류(

Figure pat00064
)를, 제3 전류계(230)에서는 부하(400) 전류(
Figure pat00065
)를 각각 검출하므로, 배터리(300) 충/방전 전류의 순시 제어와 실시간 부하(400) 분담제어가 가능하며, 제2 전류계(220)들의 전류센서 부담을 고려할 수 있다는 이점이 있다.Unlike the method shown in FIG. 6 , the connection by the method shown in FIG. 7 is the battery 300 charging/discharging current (
Figure pat00064
), in the third ammeter 230, the load 400 current (
Figure pat00065
), instantaneous control of the battery 300 charging/discharging current and real-time load 400 sharing control are possible, and there is an advantage that the current sensor burden of the second ammeters 220 can be considered.

도 8은 도 7의 제어부(240)에서 실제 배터리(300) 충/방전 전류(

Figure pat00066
)와 부하(400) 전류(
Figure pat00067
) 분담을 위한 제어 실시 예로서, 컨버터(200)의 지령 전압을 생성하기 위한 제어부(240)의 실시예를 나타낸다. FIG. 8 shows the actual battery 300 charging/discharging current (
Figure pat00066
) and load 400 current (
Figure pat00067
) as a control embodiment for sharing, an embodiment of the control unit 240 for generating a command voltage of the converter 200 is shown.

입력값인

Figure pat00068
Figure pat00069
Figure pat00070
Figure pat00071
은 각각 도 5에서 컨버터(200a)의 출력전류, 컨버터(200b)의 출력전류, 배터리(300) 충/방전 전류, 배터리(300) 지령전류를 나타내며, 도 7에서 두 컨버터(200)의 출력전류의 합은 배터리(300) 충/방전 전류와 부하(400) 전류의 합과 같으므로, 각 컨버터(200)에서 다른 컨버터(200)의 전류는 다음과 같이 산출될 수 있다.the input value
Figure pat00068
Figure pat00069
Figure pat00070
Figure pat00071
is the output current of the converter 200a in FIG. 5, the output current of the converter 200b, the battery 300 charge/discharge current, and the battery 300 command current, respectively, in FIG. 7, the output currents of the two converters 200 Since the sum of is equal to the sum of the battery 300 charge/discharge current and the load 400 current, the current of the other converter 200 in each converter 200 can be calculated as follows.

· 컨버터(200a) :

Figure pat00072
=
Figure pat00073
+
Figure pat00074
-
Figure pat00075
· Converter 200a:
Figure pat00072
=
Figure pat00073
+
Figure pat00074
-
Figure pat00075

· 컨버터(200b) :

Figure pat00076
=
Figure pat00077
+
Figure pat00078
-
Figure pat00079
· Converter 200b:
Figure pat00076
=
Figure pat00077
+
Figure pat00078
-
Figure pat00079

또한, 배터리(300) 충/방전 전류(

Figure pat00080
)를 제어하기 위한 오차Δ
Figure pat00081
는 다음과 같이 산출될 수 있다.In addition, the battery 300 charge / discharge current (
Figure pat00080
) to control the errorΔ
Figure pat00081
can be calculated as follows.

· Δ

Figure pat00082
=
Figure pat00083
-
Figure pat00084
· Δ
Figure pat00082
=
Figure pat00083
-
Figure pat00084

이때,

Figure pat00085
은 배터리(300)의 충/방전 전류 지령치이고,
Figure pat00086
는 제2 전류계(220)로부터 구해지는 실제 배터리(300)의 충/방전 전류를 나타내고 있다.At this time,
Figure pat00085
is the charge/discharge current command value of the battery 300,
Figure pat00086
represents the charging/discharging current of the actual battery 300 obtained from the second ammeter 220 .

부하 분담을 위한 두 컨버터(200a, 200b) 사이의 오차 Δ

Figure pat00087
는 컨버터(200a)에서 본 오차이므로, 다음과 같이 산출될 수 있다.Error Δ between the two converters 200a and 200b for load sharing
Figure pat00087
Since is the error seen in the converter 200a, it can be calculated as follows.

· Δ

Figure pat00088
=
Figure pat00089
-
Figure pat00090
· Δ
Figure pat00088
=
Figure pat00089
-
Figure pat00090

따라서, 도 8의 컨버터(200a, 200b) 제어부(240)로부터 출력되는 제어출력전압

Figure pat00091
는 다음과 같이 계산될 수 있다.Accordingly, the control output voltage outputted from the controller 240 of the converters 200a and 200b of FIG. 8 .
Figure pat00091
can be calculated as follows.

Figure pat00092
Figure pat00092

단,

Figure pat00093
는 제어기의 비례이득(10)이고,
Figure pat00094
은 제어기의 적분이득(20)이며,
Figure pat00095
는 제어기의 안티-와인드업 제어이득(30)을 나타낸다. 제어출력전압
Figure pat00096
는 제어부(240)의 전압 제한에 의해서 제한되어 최종 지령전압
Figure pat00097
가 벅-부스터 컨버터의 지령전압으로 결정된다. 이때 전압 제한값
Figure pat00098
Figure pat00099
는 사용자의 부하(400) 상태나 배터리(300)의 최대 충전 및 최대 방전 전압을 고려하여 결정 될 수 있다.only,
Figure pat00093
is the proportional gain (10) of the controller,
Figure pat00094
is the integral gain (20) of the controller,
Figure pat00095
denotes the anti-windup control gain 30 of the controller. Control output voltage
Figure pat00096
is limited by the voltage limit of the control unit 240, so that the final command voltage
Figure pat00097
is determined by the reference voltage of the buck-boost converter. At this time, the voltage limit value
Figure pat00098
class
Figure pat00099
may be determined in consideration of the user's load 400 state or the maximum charging and maximum discharging voltages of the battery 300 .

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.In this way, in a parallel system combining the ESS such as the buck-boost converter 200 and the battery 300 for the renewable energy generation stage 100 in this way, instantaneous control of the charging and discharging current of the battery 300 and the load (400) A parallel circuit may be connected so that the load sharing for the current can be simultaneously performed in each converter 200.

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.Through this, when a plurality of converters 200 simultaneously supply power to the battery 300 and the load 400, there is an advantage that each converter 200 can control the load 400 uniformly, and efficient power management is possible. It has the effect that it is possible. In addition, there is an advantage that the charging/discharging current of the battery 300 can be instantaneously controlled in real time to protect the battery 300 .

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.As described above, although the DC-DC converter for charging current and load sharing control according to the embodiment of the present invention has been illustrated according to the above description and drawings, this is merely an example and does not depart from the technical spirit of the present invention. It will be well understood by those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

100: 신재생에너지 발전단
200: 컨버터
210: 제1전류계
220: 제2전류계
230: 제3전류계
240: 제어부
250: 배터리전류 감지선로
260: 부하전류 감지선로
300: 배터리
400: 부하
100: Renewable energy generation group
200: converter
210: first ammeter
220: second ammeter
230: the third ammeter
240: control unit
250: battery current sensing line
260: load current sensing line
300: battery
400: load

Claims (6)

입력단에 신재생에너지 발전전류가 입력되고, 출력단에 부하와 배터리가 병렬 결성되는 DC-DC 컨버터에 있어서,
내부에 출력전류를 측정하는 제1 전류계와;
외부전류를 측정하는 제2 전류계와;
상기 제1 전류계와 제2 전류계의 측정 전류값을 입력받아 연산하고 제어출력을 출력하는 제어부를;
포함하여 구성되어,
상기 제2 전류계에 상기 배터리의 일측 전류선로를 연결시켜
상기 제어부에서 출력전류와 배터리 충/방전 전류를 동시에 감지하여 상기 배터리 충/방전 전류량에 따라 출력전류를 제어시키는 것을 특징으로 하는 충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터.
In the DC-DC converter in which a renewable energy generation current is input to an input terminal and a load and a battery are formed in parallel to an output terminal,
a first ammeter for measuring the output current therein;
a second ammeter for measuring an external current;
a control unit that receives the measured current values of the first ammeter and the second ammeter, calculates, and outputs a control output;
consists of,
By connecting a current line of one side of the battery to the second ammeter,
DC-DC converter for charge current and load sharing control, characterized in that the control unit senses the output current and the battery charge/discharge current at the same time and controls the output current according to the amount of the battery charge/discharge current.
제1항에 있어서,
상기 DC-DC 컨버터는,
n개의 DC-DC 컨버터 출력단을 배터리와 부하에 병렬 연결시켜 사용하는 경우,
상기 각 DC-DC 컨버터의 제2 전류계들에는 배터리 일측 전류선로를 직렬 연결시켜
각 DC-DC 컨버터에서 각자의 출력전류와 배터리 충/방전 전류를 감지하여 출력전류를 제어시키는 것을 특징으로 하는 충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터.
According to claim 1,
The DC-DC converter is
When n DC-DC converter output terminals are connected in parallel to the battery and load,
A current line on one side of the battery is connected in series to the second ammeters of each of the DC-DC converters.
DC-DC converter for charging current and load sharing control, characterized in that each DC-DC converter detects each output current and battery charge/discharge current to control the output current.
제1항에 있어서,
상기 DC-DC 컨버터는,
외부전류를 측정하는 제3 전류계를;
더 포함하여 구성되어
상기 제2 전류계와 제3 전류계에 상기 배터리의 접지측 전류선로를 직렬연결시키고,
제2 전류계와 제3 전류계 사이 선로에는 부하단 접지 선로를 연결시켜,
제1 전류계에서는 출력전류,
제2 전류계에서는 배터리 충/방전 전류,
제3 전류계에서는 배터리 충/방전 전류와 부하전류를 감지하며
상기 제어부에서 상기 출력전류, 배터리 충/방전 전류, 부하전류를 연산하여 상기 출력전류를 제어시키는 것을 특징으로 하는 충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터.
According to claim 1,
The DC-DC converter is
a third ammeter for measuring an external current;
consists of more
Connecting the ground-side current line of the battery to the second ammeter and the third ammeter in series,
The load terminal ground line is connected to the line between the second ammeter and the third ammeter,
In the first ammeter, the output current,
In the second ammeter, the battery charge/discharge current,
The third ammeter detects battery charge/discharge current and load current.
DC-DC converter for charging current and load sharing control, characterized in that the control unit controls the output current by calculating the output current, battery charge/discharge current, and load current.
제3항에 있어서,
상기 DC-DC 컨버터는,
n개의 DC-DC 컨버터 출력단을 배터리와 부하에 병렬 연결시켜 사용하는 경우,
상기 각 DC-DC 컨버터의 제2 전류계들에 배터리 접지측 전류선로를 직렬 연결시킨 배터리전류 감지선로와;
상기 배터리전류 감지선로의 단부에 직렬 연장된 선로로서, 상기 각 DC-DC 컨버터의 제3 전류계들을 직렬연결시킨 부하전류 감지선로;로
결선하고
상기 배터리전류 감지선로와 부하전류 감지선로 사이에는 부하단 접지 선로를 연결시켜,
각 DC-DC 컨버터의 제1 전류계에서는 출력전류,
제2 전류계에서는 배터리 충/방전 전류,
제3 전류계에서는 배터리 충/방전 전류와 부하전류를 감지하여 상기 제어부로 전달하고, 상기 제어부에서는 출력전류, 배터리 충/방전 전류, 부하전류를 연산하여 출력전류를 제어시키는 것을 특징으로 하는 충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터.
4. The method of claim 3,
The DC-DC converter is
When n DC-DC converter output terminals are connected in parallel to the battery and load,
a battery current sensing line connecting the battery ground-side current line in series to the second ammeters of each of the DC-DC converters;
A line extending in series to an end of the battery current sensing line, a load current sensing line connecting the third ammeters of each of the DC-DC converters in series;
finalize
A load end ground line is connected between the battery current sensing line and the load current sensing line,
In the first ammeter of each DC-DC converter, the output current,
In the second ammeter, the battery charge/discharge current,
Charging current, characterized in that the third ammeter senses the battery charge/discharge current and load current and transmits it to the control unit, and the control unit controls the output current by calculating the output current, battery charge/discharge current, and load current DC-DC converter for load sharing control.
입력단에 신재생에너지 발전전류가 입력되고, 출력단에 부하와 배터리가 병렬 결성되는 DC-DC 컨버터에 있어서,
내부에 출력전류를 측정하는 제1 전류계와;
외부전류를 측정하는 제2 전류계와;
상기 제1 전류계와 제2 전류계의 측정 전류값을 입력받아 연산하고 제어출력을 출력하는 제어부를;
포함하여 구성되어,
상기 제2 전류계에 상기 부하측 전류선로를 연결시켜
상기 제어부에서 출력전류와 부하전류를 감지하여 상기 배터리 충/방전 전류량을 연산하고 출력전류를 제어시키는 것을 특징으로 하는 충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터.
In the DC-DC converter in which a renewable energy generation current is input to an input terminal and a load and a battery are formed in parallel to an output terminal,
a first ammeter for measuring the output current therein;
a second ammeter for measuring an external current;
a control unit that receives the measured current values of the first ammeter and the second ammeter, calculates, and outputs a control output;
consists of,
By connecting the load-side current line to the second ammeter,
A DC-DC converter for charging current and load sharing control, characterized in that the control unit detects the output current and the load current, calculates the amount of battery charge/discharge current, and controls the output current.
제5항에 있어서,
상기 DC-DC 컨버터는,
n개의 DC-DC 컨버터 출력단을 배터리와 부하에 병렬 연결시켜 사용하는 경우,
상기 각 DC-DC 컨버터의 제2 전류계들에는 부하측 전류선로를 직렬 연결시켜
각 DC-DC 컨버터에서 각자의 출력전류와 부하전류를 감지하고, 배터리 충/방전 전류를 연산하여 출력전류를 제어시키는 것을 특징으로 하는 충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터.
6. The method of claim 5,
The DC-DC converter is
When n DC-DC converter output terminals are connected in parallel to the battery and load,
A load-side current line is connected in series to the second ammeters of each DC-DC converter.
A DC-DC converter for charge current and load sharing control, characterized in that each DC-DC converter detects each output current and load current, and controls the output current by calculating the battery charge/discharge current.
KR1020200082983A 2020-07-06 2020-07-06 DC-DC converter that instantaneously controls output current in conjunction with external current KR102534172B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200082983A KR102534172B1 (en) 2020-07-06 2020-07-06 DC-DC converter that instantaneously controls output current in conjunction with external current

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200082983A KR102534172B1 (en) 2020-07-06 2020-07-06 DC-DC converter that instantaneously controls output current in conjunction with external current

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220005295A true KR20220005295A (en) 2022-01-13
KR102534172B1 KR102534172B1 (en) 2023-05-19

Family

ID=79342049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200082983A KR102534172B1 (en) 2020-07-06 2020-07-06 DC-DC converter that instantaneously controls output current in conjunction with external current

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102534172B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101162221B1 (en) * 2010-12-29 2012-07-05 엘지전자 주식회사 An apparatus of preventing over-charging/over-discharging for an energy storage and a method thereof
JP2013042643A (en) * 2011-08-12 2013-02-28 Global Battery Co Ltd Emergency power supply system
KR20190137246A (en) 2018-06-01 2019-12-11 엘지이노텍 주식회사 A DC-DC converter for photovoltaic linked energy storage system and control method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101162221B1 (en) * 2010-12-29 2012-07-05 엘지전자 주식회사 An apparatus of preventing over-charging/over-discharging for an energy storage and a method thereof
JP2013042643A (en) * 2011-08-12 2013-02-28 Global Battery Co Ltd Emergency power supply system
KR20190137246A (en) 2018-06-01 2019-12-11 엘지이노텍 주식회사 A DC-DC converter for photovoltaic linked energy storage system and control method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Junhwi Park et al., Design and Analysis of the Hybrid Power System using PV and Piezoelectric Modules, 2019 International Conference on Clean Electrical Power (ICCEP), pp.280-285 (2019.07.04.)* *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102534172B1 (en) 2023-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI379488B (en) Power management systems, battery pack and method for power management thereof
US8098048B2 (en) Battery charger with integrated cell balancing
US8810203B2 (en) Battery control device and battery control method
US10074995B2 (en) Battery management converter system
US20140021925A1 (en) Battery power supply apparatus and battery power supply system
US20130187466A1 (en) Power management system
KR100846712B1 (en) Battery management system and driving method thereof
KR20140065951A (en) Battery management system and driving method thereof
CN102472803A (en) Full charge capacity value correction circuit, battery pack, and charging system
US20170187190A1 (en) Distributed power supply system, power converter device, and method of controlling power factor
US11791501B2 (en) Direct current power supplying system
TWI552483B (en) Battery module, power management method of battery module and device having the same
US11594883B2 (en) Direct current power supplying system
KR101752888B1 (en) Battery system
US20040251874A1 (en) Method and apparatus for controlling the voltage of electrochemical cells in a rechargeable battery
CN107949966B (en) Power supply device
KR20220005295A (en) DC-DC converter for charge current and load sharing control
KR20140136534A (en) Photovoltaic power generating system with dual inverters and central system for power controlling in electric power network comprised thereof
KR20200070950A (en) Energy storage system with emergency power supply capability and method for controlling the same
TW201230606A (en) Rechargeable electric apparatus
US20240014672A1 (en) Power supply device
CN214479779U (en) Power supply circuit
US20230141602A1 (en) Battery bank unit, remaining charge time calculation method, and remaining charge time calculation program
KR102622789B1 (en) Modular battery management system
CN218940706U (en) Equalizer for secondary series battery balance, power supply device and power supply equipment

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant