KR20230165978A - Battery charge/discharge device including energy storage system and its charging method. - Google Patents

Battery charge/discharge device including energy storage system and its charging method. Download PDF

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Abstract

본 실시예는 배터리; 상기 배터리의 충전 및 방전 동작을 수행하는 충방전레귤레이터(CDR); 상기 충방전레귤레이터로 전력을 공급하는 교류전원장치(APC); 및 상기 충방전레귤레이터로 전력을 공급하는 에너지저장장치(ESS)를 포함하고, 상기 교류전원장치는 정격전류값까지 상기 충방전레귤레이터에 정전압(CV)을 공급하고, 정격전류값을 초과하는 범위에서는 부족한 전류를 상기 에너지저장장치(ESS)를 통해 보충받아 상기 충방전레귤레이터에 정전력(CP)을 공급하여 상기 배터리를 충전하는, 배터리 충방전장치를 제공할 수 있다.This embodiment includes a battery; A charge/discharge regulator (CDR) that performs charging and discharging operations of the battery; An alternating current power supply (APC) that supplies power to the charge/discharge regulator; And an energy storage device (ESS) that supplies power to the charge/discharge regulator, wherein the AC power supply supplies a constant voltage (CV) to the charge/discharge regulator up to the rated current value, and in a range exceeding the rated current value. A battery charging and discharging device can be provided that replenishes insufficient current through the energy storage device (ESS) and supplies constant power (CP) to the charging and discharging regulator to charge the battery.

Description

에너지저장장치를 이용한 배터리 충방전장치 및 이의 충전방법 {BATTERY CHARGE/DISCHARGE DEVICE INCLUDING ENERGY STORAGE SYSTEM AND ITS CHARGING METHOD.}Battery charge/discharge device using energy storage device and its charging method {BATTERY CHARGE/DISCHARGE DEVICE INCLUDING ENERGY STORAGE SYSTEM AND ITS CHARGING METHOD.}

본 실시예는 에너지저장장치를 이용한 배터리 충방정장치 및 이의 충전방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 정전압, 정전력, 전전류를 통한 배터리 충방전 과정에서 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System)을 통해 전력을 보충 또는 소비할 수 있는 배터리 충방전장치 및 이를 이용한 충전 방법에 관한 것이다.This embodiment relates to a battery charging and discharging device using an energy storage device and a charging method thereof. More specifically, in the battery charging and discharging process through constant voltage, constant power, and full current, the battery charge and discharge process is performed using an energy storage system (ESS). It relates to a battery charging/discharging device that can replenish or consume power and a charging method using the same.

배터리 셀 포메이션(Battery Cell Formation)은 배터리 셀에서 최초로 충방전 동작을 수행하는 공정을 말한다. Battery Cell Formation refers to the process of performing the first charging and discharging operation in a battery cell.

배터리 셀 포페이션을 위한 배터리 셀의 충방전 과정에서 배터리 셀은 컨버터-예를 들어, CF 컨버터-에 의해 충방전되고, 모든 컨버터는 동시에 충전, 방전, 또는 대기 운전하는 것이 일반적이다.In the process of charging and discharging battery cells for battery cell formation, the battery cells are charged and discharged by a converter - for example, a CF converter - and all converters are generally charged, discharged, or in standby operation at the same time.

모든 베터리 셀의 충전과 방전을 동시에 수행하게 되면 PS 설비 용량이 과도하게 커지게 되는 문제점이 발생하게 되고, 이로 인해 전력 설비 구축 비용이 증가하게 된다. 예를 들어, 전력회사와의 계약용량, 수배전반 설비, PS 설비 등을 증설이 필요하게 된다.If charging and discharging of all battery cells is performed simultaneously, a problem arises in which PS facility capacity becomes excessively large, which increases the cost of building power facilities. For example, it is necessary to expand contract capacity with power companies, switchgear facilities, PS facilities, etc.

종래의 배터리 셀의 충방전 방법에 따르면, 충전이나 방전 모드에서 PS 설비에서의 전력 용량이 커지게 되고, 배터리 방전시에 계통으로 회생제동을 하더라도 PS 설비의 전력 용량에 비례해서 전력손실이 발생하게 된다. 이로 인해, 배터리 셀의 충방전 과정에서 PS 설비에서의 전력 사용량이 증가하여 높은 운용 비용을 유발하는 요인이 되고 있다.According to the conventional charging and discharging method of battery cells, the power capacity in the PS equipment increases in charging or discharging mode, and even if regenerative braking is applied to the system when the battery is discharged, power loss occurs in proportion to the power capacity of the PS equipment. do. As a result, power usage in PS facilities increases during the charging and discharging process of battery cells, causing high operating costs.

종래의 배터리 셀의 충방전 방법은 셀 포메이션 과정에 배터리 셀의 특성 정보를 얻어내지 못하므로, 배터리 셀에 단순한 충전과 방전 사이클을 적용하여 안정화시키게 되어 전력 사용 효율이 떨어지게 된다.Conventional battery cell charging and discharging methods do not obtain information on the characteristics of battery cells during the cell formation process, so they are stabilized by applying simple charging and discharging cycles to the battery cells, resulting in reduced power use efficiency.

또한, 기존에 배터리 셀들을 충전하거나 방전할 때, 충전 전력이나 방전 전력이 기존 PS(AC-DC 전원장치) 전력 용량보다 크게 되면 문제가 발생한다. Additionally, when charging or discharging existing battery cells, a problem occurs if the charging power or discharging power is greater than the existing PS (AC-DC power supply) power capacity.

배터리를 충전하는 경우에는 PS(AC-DC 전원장치) 용량이 부족하면 최대 전류까지 흐르다가 과전류 고장 발생으로 정지하게 되며, 배터리를 방전하는 경우에는 PS(AC-DC 전원장치)가 전원 쪽으로 발전하는 용량이 부족하면 DC 버스에 전류가 과잉 공급되어 전압이 상승해 과전압 고장 발생으로 정지하게 되는 문제점이 발생하게 된다. When charging a battery, if the capacity of the PS (AC-DC power supply) is insufficient, the current flows to the maximum and then stops due to an overcurrent failure. When discharging the battery, the PS (AC-DC power supply) generates power toward the power source. If the capacity is insufficient, excessive current is supplied to the DC bus, causing the voltage to rise and causing a stoppage due to overvoltage failure.

이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 한 쌍의 배터리 셀에 대해서 충전 그룹과 방전 그룹을 나누어 동시에 구동하고, 운전 시간, 전력, 전력량 등의 균형을 맞춰 교류전원장치(APS: AC Power System)이 소비하는 전력 용량을 최소화하여 PS 설비의 전력 용량을 감소시키는 배터리 충방전 장치 및 이를 이용한 배터리 충전방법을 제공하는 것이다.Against this background, the purpose of this embodiment is to divide a pair of battery cells into a charging group and a discharging group and drive them simultaneously, balancing operation time, power, and amount of power to create an AC power system (APS). To provide a battery charging and discharging device that reduces the power capacity of PS equipment by minimizing the power capacity consumed and a battery charging method using the same.

또한, 본 실시예의 목적은, 한 그룹의 충방전레귤레이터(CDR: Charge-Discharge Regulator)이 충방전 동작을 마치고 대기모드인 경우에, 다른 그룹의 충방전레귤레이터(CDR)이 충방전 동작을 수행하여 충방전레귤레이터(CDR)의 대기시간을 최소화하여 적용되는 배터리 셀의 수를 늘릴 수 있는 배터리 충방전 장치 및 이를 이용한 배터리 충전방법을 제공하는 것이다.In addition, the purpose of this embodiment is that when one group of charge-discharge regulators (CDR) completes the charge-discharge operation and is in standby mode, the charge-discharge regulator (CDR) of another group performs the charge-discharge operation. The aim is to provide a battery charge/discharge device that can increase the number of applied battery cells by minimizing the waiting time of the charge/discharge regulator (CDR) and a battery charging method using the same.

또한, 본 실시예의 목적은, 충방전레귤레이터(CDR)의 손실전력을 계산하고, 이에 대응하는 전력을 교류전원장치(APS) 또는 에너지저장장치(ESS)를 통해 전력을 분담할 수 있는 배터리 충방전 장치 및 이를 이용한 배터리 충전방법을 제공하는 것이다.In addition, the purpose of this embodiment is to calculate the power loss of the charge/discharge regulator (CDR) and distribute the corresponding power through an alternating current power supply (APS) or energy storage system (ESS). The aim is to provide a device and a battery charging method using the same.

본 실시예의 목적은, 충전 시에 정전압(CV: Constant Voltage), 정전력(CP: Constant Power), 정전류(CC: Constant Current) 공급을 순차적으로 수행하거나, 또는 방전 시에 정전압(CV), 정전력(CP), 정전압(CV) 공급을 순차적으로 수행할 수 있는 배터리 충방전 장치 및 이를 이용한 배터리 충전방법을 제공하는 것이다.The purpose of this embodiment is to sequentially supply constant voltage (CV: Constant Voltage), constant power (CP: Constant Power), and constant current (CC) during charging, or supply constant voltage (CV), constant current (CC) during discharging. To provide a battery charging and discharging device that can sequentially supply power (CP) and constant voltage (CV) and a battery charging method using the same.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 제1 실시예는, 제1 그룹 및 제2 그룹으로 구분되는 복수의 배터리; 상기 복수의 배터리의 충전 및 방전 동작을 수행하는 충방전레귤레이터(CDR); 및 상기 충전레귤레이터와 전기적으로 연결되고, 직류전압이 형성되는 DC 버스를 포함하고, 상기 충방전레귤레이터는 상기 제1 그룹의 배터리의 충전 및 상기 제2 그룹의 배터리의 방전을 동시에 수행하는, 배터리 충방전장치를 제공할 수 있다.In order to achieve the above-described object, the first embodiment includes a plurality of batteries divided into a first group and a second group; A charge/discharge regulator (CDR) that performs charging and discharging operations of the plurality of batteries; and a DC bus electrically connected to the charging regulator and forming a direct current voltage, wherein the charging and discharging regulator simultaneously performs charging of the first group of batteries and discharging of the second group of batteries. A discharge device can be provided.

배터리 충방전장치에서 상기 충방전레귤레이터는 스위치의 턴-온 및 턴-오프를 통해 상기 제1 그룹 또는 상기 제2 그룹의 배터리의 충방전을 중단하는 타이밍을 제어할 수 있다.In the battery charging and discharging device, the charging and discharging regulator may control the timing of stopping charging and discharging of the first group or the second group of batteries by turning on and off a switch.

배터리 충방전장치에서 상기 DC버스를 통해 상기 충방전레귤레이터의 손실 전력에 대응하는 크기의 전력을 공급하는 에너지저장장치(ESS)를 더 포함할 수 있다.The battery charge/discharge device may further include an energy storage device (ESS) that supplies power corresponding to the power loss of the charge/discharge regulator through the DC bus.

배터리 충방전장치에서 상기 충방전레귤레이터의 동작 모드를 결정하고, 상기 충방전레귤레이터의 충방전 전력량 및 운전시간을 계산하는 마이크로프로세서유닛(MPU)를 더 포함할 수 있다.The battery charge/discharge device may further include a microprocessor unit (MPU) that determines the operation mode of the charge/discharge regulator and calculates the charge/discharge power amount and operation time of the charge/discharge regulator.

배터리 충방전장치에서 상기 마이크로프로세서유닛은, 배터리의 충방전 동작을 수행하지 않는 대기 상태의 충방전레귤레이터를 모니터링하고, 충방전 동작을 수행할 충방전레귤레이터를 결정할 수 있다.In the battery charging and discharging device, the microprocessor unit can monitor charging and discharging regulators in a standby state that do not perform charging and discharging operations of the battery, and determine which charging and discharging regulators will perform charging and discharging operations.

배터리 충방전장치에서 상기 마이크로프로세서유닛은, 상기 배터리의 휴식모드에 배터리의 개방전압(OCV:open circuit voltage)과 충전상태(SOC)의 상관관계를 계산하고 또한, 하나 이상의 펄스를 공급하여 획득한 배터리의 내부임피던스값과 충전상태(SOC)의 상관관계를 계산할 수 있다.In the battery charging and discharging device, the microprocessor unit calculates the correlation between the open circuit voltage (OCV) and the state of charge (SOC) of the battery in the resting mode of the battery, and also supplies one or more pulses to obtain The correlation between the internal impedance value of the battery and the state of charge (SOC) can be calculated.

배터리 충방전장치에서 상기 충방전레귤레이터는, 상기 배터리의 휴식모드에 배터리 내부임피던스값을 측정하기 위해 제1 펄스를 공급하고, 상기 제1 펄스와 동일한 면적을 가지는 제2 펄스를 회수할 수 있다. In the battery charge/discharge device, the charge/discharge regulator may supply a first pulse to measure the internal impedance value of the battery in a rest mode of the battery, and may recover a second pulse having the same area as the first pulse.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 제2 실시예는, 충전과 방전을 교차로 수행하는 한 쌍의 배터리; 상기 배터리의 교차 충방전을 제어하는 복수의 충방전레귤레이터; 상기 복수의 충방전레귤레이터의 동작 상태를 모니터링하는 마이크로프로세서유닛을 포함하고, 상기 마이크로프로세서유닛은 제1 그룹의 충방전레귤레이터가 충방전을 수행하지 않는 경우에, 이와 동시에 제2 그룹의 충방전레귤레이터의 충방전을 수행하도록 제어하여 충방전 대기시간을 감소시키는 배터리 충방전장치를 제공할 수 있다.In order to achieve the above-mentioned object, the second embodiment includes: a pair of batteries that alternately perform charging and discharging; a plurality of charge/discharge regulators that control alternating charge/discharge of the battery; and a microprocessor unit that monitors the operating states of the plurality of charge/discharge regulators, wherein when the first group of charge/discharge regulators does not perform charge/discharge, the microprocessor unit simultaneously operates the second group of charge/discharge regulators. It is possible to provide a battery charging and discharging device that reduces charging and discharging waiting time by controlling charging and discharging.

배터리 충방전장치에서 상기 마이크로프로세서유닛은, 상기 제1 그룹의 충방전레귤레이터의 충방전 타이밍과 상기 제2 그룹의 충방전레귤레이터의 충방전 타이밍을 교번하도록 설정할 수 있다.In the battery charge/discharge device, the microprocessor unit may be set to alternate the charge/discharge timing of the first group of charge/discharge regulators and the charge/discharge timing of the second group of charge/discharge regulators.

배터리 충방전장치에서 상기 마이크로프로세서유닛은, 상기 복수의 충방전레귤레이터가 한 쌍의 배터리을 충방전하는 과정에서 발생하는 컨버터의 전력 손실량을 계산하고, CAN 통신을 통해 에너지저장장치(ESS)에 상기 전력 손실량 정보를 전달할 수 있다. In the battery charge/discharge device, the microprocessor unit calculates the power loss of the converter that occurs while the plurality of charge/discharge regulators charge and discharge a pair of batteries, and transmits the power to an energy storage device (ESS) through CAN communication. Loss amount information can be transmitted.

배터리 충방전장치에서 상기 복수의 충방전레귤레이터는 단방향 교류전원장치로부터 전력을 공급받고, 상기 단방향 교류전원장치는 정전압을 공급한 이후에 정전력을 공급할 수 있다.In a battery charging and discharging device, the plurality of charging and discharging regulators receive power from a unidirectional AC power supply, and the unidirectional AC power supply can supply constant voltage and then supply constant power.

배터리 충방전장치에서 직류전압을 공급하는 DC버스를 더 포함하고, 상기 충방전레귤레이터는 상기 DC버스를 공유하는 인접한 충방전레귤레이터에 저장된 전력을 전달받아 전력 손실량을 보충할 수 있다.It further includes a DC bus that supplies direct current voltage from the battery charge/discharge device, and the charge/discharge regulator can compensate for power loss by receiving power stored in an adjacent charge/discharge regulator that shares the DC bus.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 제3 실시예는, 배터리; 상기 배터리의 충전 및 방전 동작을 수행하는 충방전레귤레이터(CDR); 상기 충방전레귤레이터로 전력을 공급하는 교류전원장치(APC); 및 상기 충방전레귤레이터로 전력을 공급하는 에너지저장장치(ESS)를 포함하고, 상기 교류전원장치는 정격전류값까지 상기 충방전레귤레이터에 정전압(CV)을 공급하고, 정격전류값을 초과하는 범위에서는 부족한 전류를 상기 에너지저장장치(ESS)를 통해 보충받아 상기 충방전레귤레이터에 정전력(CP)을 공급하여 상기 배터리를 충전하는, 배터리 충방전장치를 제공할 수 있다.To achieve the above-described object, a third embodiment includes a battery; A charge/discharge regulator (CDR) that performs charging and discharging operations of the battery; An alternating current power supply (APC) that supplies power to the charge/discharge regulator; And an energy storage device (ESS) that supplies power to the charge/discharge regulator, wherein the AC power supply supplies a constant voltage (CV) to the charge/discharge regulator up to the rated current value, and in a range exceeding the rated current value. A battery charging and discharging device can be provided that replenishes insufficient current through the energy storage device (ESS) and supplies constant power (CP) to the charging and discharging regulator to charge the battery.

배터리 충방전장치에서 상기 교류전원장치는 최대전류값에 도달하는 경우에는 상기 충방전레귤레이터에 정전류(CC)를 공급할 수 있다.In a battery charge/discharge device, the AC power supply may supply a constant current (CC) to the charge/discharge regulator when the maximum current value is reached.

배터리 충방전장치에서 상기 충방전레귤레이터, 상기 교류전원장치, 및 상기 에너지저장장치와 연결되고, 직류전압을 공급하는 DC버스를 더 포함하고, 상기 DC버스를 통해 정전압, 정전력, 정전류가 순차적으로 전달될 수 있다.The battery charge/discharge device is connected to the charge/discharge regulator, the AC power supply, and the energy storage device, and further includes a DC bus that supplies direct current voltage. Constant voltage, constant power, and constant current are sequentially supplied through the DC bus. It can be delivered.

배터리 충방전장치에서 상기 교류전원장치는 정격전류값에 도달하기 전까지 정전압(CV)을 상기 충방전레귤레이터에 공급하고, 정격전류값을 초과하는 경우에는 최대전압값까지 정전력(CP)을 상기 충방전레귤레이터에 공급할 수 있다.In a battery charge/discharge device, the AC power supply supplies constant voltage (CV) to the charge/discharge regulator until the rated current value is reached, and when the rated current value is exceeded, the charger supplies constant power (CP) up to the maximum voltage value. It can be supplied to the discharge regulator.

배터리 충방전장치에서 상기 에너지저장장치는 상기 교류전원장치가 정전력(CP)을 공급하는 경우에, 최대전압값을 초과하는 전압을 공급받아 에너지 저장할 수 있다.In a battery charging and discharging device, the energy storage device can receive a voltage exceeding the maximum voltage value and store energy when the AC power device supplies constant power (CP).

배터리 충방전장치에서 상기 교류전원장치의 정격전류값, 최대전류값, 최대전?陋た? 관한 정보를 저장하고, 상기 교류전원장치의 상태를 판단하는 마이크로프로세서유닛을 더 포함할 수 있다.In the battery charging and discharging device, the rated current value, maximum current value, and maximum voltage of the AC power supply device are determined. It may further include a microprocessor unit that stores related information and determines the status of the AC power device.

배터리 충방전장치에서 상기 마이크로프로세서유닛은 배터리 충전을 위한 출력전류-출력전압 맵 또는 배터리 방전을 위한 출력전류-출력전압 맵을 생성하고, 상기 교류전원장치의 동작을 제어할 수 있다.In the battery charging and discharging device, the microprocessor unit can generate an output current-output voltage map for battery charging or an output current-output voltage map for battery discharging and control the operation of the AC power supply device.

배터리 충방전장치에서 상기 마이크로프로세서유닛은, 상기 교류전원장치가 정전력 동작을 수행하는 경우에, 이와 동시에 상기 에너지저장장치의 동작을 수행하는 제어신호를 생성하여 상기 에너지저장장치로 전달할 수 있다.In the battery charging and discharging device, when the AC power device performs a constant power operation, the microprocessor unit can simultaneously generate a control signal that performs the operation of the energy storage device and transmit it to the energy storage device.

배터리 충방전장치에서 상기 배터리는 충전을 수행하는 제1 그룹의 배터리; 및 상기 제1 그룹의 배터리 셀이 충전을 수행할 때 방전을 수행하는 제2 그룹의 배터리를 포함할 수 있다.In the battery charging and discharging device, the batteries include a first group of batteries that perform charging; and a second group of batteries that perform discharging when the first group of battery cells perform charging.

배터리 충방전장치에서 상기 충방전레귤레이터는, 상기 제1 그룹의 배터리 및 상기 제2 그룹의 배터리가 충방전되는 운전모드 타이밍 및 셀 안정화를 수행하는 대기모드 타이밍을 결정할 수 있다.In the battery charging and discharging device, the charging and discharging regulator may determine operation mode timing in which the first group of batteries and the second group of batteries are charged and discharged and standby mode timing in which cell stabilization is performed.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 한 쌍의 배터리 셀들을 충전그룹과 방전그룹 나누어 동시에 구동하고, 배터리 충방전을 위한 운전 시간과 전력, 전력량의 균형을 맞춰 교류전원장치(APS)로 소비되는 전력 용량을 최소화하여 설비 용량을 줄일 수 있다. As described above, according to this embodiment, a pair of battery cells are divided into a charging group and a discharging group and driven simultaneously, and the operation time, power, and amount of power for charging and discharging the battery are balanced and consumed as an alternating current power supply (APS). Facility capacity can be reduced by minimizing the power capacity.

또한, 본 실시예에 의하면, 한 쌍의 그룹 상태는 운전과 대기 모드 두 부분으로 구분하여, 운전 모드에서는 하나가 충전이면 다른 하나는 방전 모드이고 대기 모드는 동시에 해당될 수 있다. 이러한 방법으로, 한 그룹의 충방전레귤레이터(CDR)에 한 쌍의 셀들이 충방전을 마치고 대기 모드일 때, 다른 한 쌍의 셀들을 충방전하여 충방전레귤레이터의 대기 시간을 최소화하여 적용되는 셀 수를 늘릴 수 있다.Additionally, according to this embodiment, a pair of group states is divided into two parts: driving mode and standby mode. In the driving mode, one is charging, the other is discharging mode, and the standby mode can be applied at the same time. In this way, when a pair of cells in one group of charge/discharge regulators (CDR) is in standby mode after completing charge/discharge, the other pair of cells are charged/discharged to minimize the waiting time of the charge/discharge regulator, thereby reducing the number of applied cells. can be increased.

또한, 본 실시예에 의하면, 한 쌍의 배터리 셀을 동시에 충방전하게 되면서 각 셀들에 적용된 CF 컨버터의 손실 전력만큼 필요한 추가 전력을 교류전원장치(APS)를 통해 공급할 수 있고, 여기에 에너지저장장치(ESS)를 이용하여 전력을 분담할 수 있으므로 교류전원장치(APS)의 설비 용량을 감소시킬 수 있다.In addition, according to this embodiment, by simultaneously charging and discharging a pair of battery cells, additional power required to equal the power loss of the CF converter applied to each cell can be supplied through the alternating current power supply (APS), and here the energy storage device Since power can be shared using (ESS), the facility capacity of the alternating current power supply (APS) can be reduced.

또한, 본 실시예에 의하면, 교류전원장치(APS) 충전 운전 제어는 충전 시에는 정격 전류에 도달하기 전까지는 정전압(CV) 운전을 하고, 정격 전류 이상이 되면 정전력(CP) 운전을 하며, 최대 전류에 도달하면 정전류(CC) 운전을 할 수 있다. 교류전원장치(APS)가 정전력 운전 영역에 들어가면 에너지저장장치(ESS)를 통해서 부족한 전류를 보충할 수 있고, 교류전원장치(APS)가 정격 전류까지만 흐르게 하고 정전압을 유지하게 만들어 정지되는 문제를 해결할 수 있게 된다.In addition, according to this embodiment, the AC power supply (APS) charging operation control performs constant voltage (CV) operation when charging until the rated current is reached, and constant power (CP) operation when the rated current exceeds the rated current. When the maximum current is reached, constant current (CC) operation is possible. When the AC power supply (APS) enters the constant power operation area, the insufficient current can be supplemented through the energy storage system (ESS), and the problem of stopping is solved by allowing the AC power supply (APS) to flow only up to the rated current and maintain a constant voltage. It can be solved.

또한, 본 실시예에 의하면, 교류전원장치(APS) 방전 운전 제어 시에는 정격 전류에 도달하기 전까지는 정전압(CV) 운전을 하고, 정격 전류 이상이 되면 정전력(CP) 운전을 하며, 최대 전압에 도달하면 정전압(CV) 운전을 할 수 있다. 정전력 운전 영역에 들어가면 에너지저장장치(ESS)를 통해서 높아진 전압만큼 전압을 소비하여 교류전원장치(APS)가 정격전류까지만 흐르게 하고 정전압을 유지하게 만들어 정지되는 문제를 해결할 수 있게 된다.In addition, according to this embodiment, when controlling the discharge operation of the AC power supply (APS), constant voltage (CV) operation is performed until the rated current is reached, and constant power (CP) operation is performed when the rated current exceeds the rated current. When it reaches , constant voltage (CV) operation is possible. When entering the constant power operation range, the energy storage system (ESS) consumes as much voltage as the increased voltage, allowing the alternating current power supply (APS) to flow only up to the rated current and maintain a constant voltage, thereby solving the problem of stopping.

도 1은 종래의 배터리 충방전장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 배터리 충방전장치를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 배터리 충방전장치의 동작을 설명하는 제1 예시 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 배터리 충방전장치의 동작을 설명하는 제2 예시 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 배터리별 충전상태(SOC)를 비교한 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 배터리 충전 전류를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 배터리의 충전상태(SOC) 및 내부 임피던스의 상관관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 실시예에 따른 시간에 다른 배터리의 충전상태(SOC) 변화를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 실시예에 따른 전원장치의 충전 과정에서 출력전류 및 출력전압의 변화를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 실시예에 따른 전원장치 및 에너지저장장치의 충전 과정에서 시간에 따른 전류 변화를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 실시예에 따른 전원장치의 방전 과정에서 출력전류 및 출력전압의 변화를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 실시예에 따른 전원장치 및 에너지저장장치의 방전 과정에서 시간에 따른 전류 변화를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 실시예에 따른 DC버스의 정전류, 정전압, 정전력 구동을 설명하는 도면이다.
도 14는 본 실시예에 따른 배터리 충방전 장치의 구성도이다.
도 15는 본 실시예에 따른 배터리 충방전 과정에서 전력 분담 방법을 설명하는 순서도이다.
도 16은 본 실시예에 따른 배터리의 충전 프로세스 및 방전 프로세스를 설명하는 순서도이다.
1 is a diagram explaining a conventional battery charging and discharging device.
Figure 2 is a diagram explaining a battery charging and discharging device according to this embodiment.
Figure 3 is a first example diagram explaining the operation of the battery charging and discharging device according to this embodiment.
Figure 4 is a second example diagram explaining the operation of the battery charging and discharging device according to this embodiment.
Figure 5 is a diagram comparing the state of charge (SOC) of each battery according to this embodiment.
Figure 6 is a diagram showing battery charging current according to this embodiment.
Figure 7 is a diagram showing the correlation between the state of charge (SOC) and internal impedance of the battery according to this embodiment.
Figure 8 is a diagram showing changes in the state of charge (SOC) of batteries at different times according to this embodiment.
Figure 9 is a diagram showing changes in output current and output voltage during the charging process of the power supply device according to this embodiment.
Figure 10 is a diagram showing the change in current over time during the charging process of the power supply and energy storage device according to this embodiment.
Figure 11 is a diagram showing changes in output current and output voltage during the discharging process of the power supply device according to this embodiment.
Figure 12 is a diagram showing the change in current over time during the discharge process of the power supply device and the energy storage device according to this embodiment.
Figure 13 is a diagram explaining constant current, constant voltage, and constant power driving of the DC bus according to this embodiment.
Figure 14 is a configuration diagram of a battery charging and discharging device according to this embodiment.
Figure 15 is a flowchart explaining the power sharing method in the battery charging and discharging process according to this embodiment.
Figure 16 is a flowchart explaining the charging process and discharging process of the battery according to this embodiment.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through illustrative drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the present invention, detailed descriptions of related known configurations or functions that are judged to be likely to obscure the gist of the present invention will be omitted.

또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, a, b 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Additionally, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, a, and b may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being “connected,” “coupled,” or “connected” to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but there is another component between each component. It will be understood that elements may be “connected,” “combined,” or “connected.”

도 1은 종래의 배터리 충방전장치를 설명하는 도면이다.1 is a diagram explaining a conventional battery charging and discharging device.

도 1을 참조하면, 종래의 배터리 충방전장치는 배터리(10), 셀포메이션 컨버터(20), 양방향 교류전원장치(30)으로 구성된다.Referring to FIG. 1, a conventional battery charging and discharging device consists of a battery 10, a cell formation converter 20, and a bidirectional AC power supply device 30.

배터리(10)는 셀포메이션컨버터(20)에 의해 연결되어 충방전 동작을 수행할 수 있다.The battery 10 is connected by the cell formation converter 20 and can perform charging and discharging operations.

셀포메이션컨버터(20)는 3개의 운전 모드로 모든 CF 컨버터를 동시에 충전하거나 방전하고, 대기 운전한다. 즉, 제1 CF 컨버터(20-1), 제2 CF 컨버터(20-2), 제3 CF 컨버터(20-3) 등은 동시에 충전되거나 방전되고, 동시에 대기 운전하는 것으로 제어되고 있다.The cell formation converter 20 simultaneously charges or discharges all CF converters in three operation modes and performs standby operation. That is, the first CF converter 20-1, the second CF converter 20-2, the third CF converter 20-3, etc. are controlled to be charged or discharged at the same time and in standby operation at the same time.

양방향 교류전원장치(30)는 각 CF 컨버터(20)에 대해서 별도의 DC 버스를 형성하여 전력을 공급하고 있다.The two-way AC power device 30 forms a separate DC bus for each CF converter 20 and supplies power.

종래의 배터리 충방전 시스템은 모든 배터리 셀(10-1, 10-2, 10-3)의 충전 및 방전을 동시에 수행해서 PS 설비 용량이 과도하게 커지게 되고, 전력회사와의 계약용량, 수배전반 설비, PS 설비의 증설 등으로 인해 전력 설비 구축 비용이 증가하게 된다. The conventional battery charging and discharging system performs charging and discharging of all battery cells (10-1, 10-2, and 10-3) simultaneously, resulting in excessively large PS facility capacity, contract capacity with the power company, and distribution panel facilities. , the cost of building power facilities increases due to the expansion of PS facilities.

종래의 배터리 충방전 시스템은 충전이나 방전 모드에서 PS에서의 전력 용량이 커서 배터리 방전시 계통으로 회생제동을 하더라도 PS 전력 용량만큼 비례해서 전력손실이 발생하기 때문에 PS 전력 사용량이 증가하여 운용비용이 많이 들어가게 된다.In the conventional battery charging and discharging system, the power capacity of the PS is large in charging or discharging mode, so even if regenerative braking is performed through the system when the battery is discharged, power loss occurs in proportion to the PS power capacity. Therefore, PS power usage increases, resulting in high operating costs. I go in.

또한, 종래의 배터리 충방전 시스템은 셀에 단순한 충전과 방전 사이클을 적용하여 안정화시켜 셀 포메이션(Cell Formation)을 수행하므로, 셀의 특성 정보를 얻어내지 못 하는 한계점이 있다.In addition, the conventional battery charging and discharging system performs cell formation by stabilizing the cells by applying simple charging and discharging cycles, so there is a limitation in that it cannot obtain information on the characteristics of the cells.

도 2는 본 실시예에 따른 배터리 충방전장치를 설명하는 도면이다.Figure 2 is a diagram explaining a battery charging and discharging device according to this embodiment.

도 2를 참조하면, 배터리 충방전장치(100)는 배터리(110), 충방전레귤레이터(120), 교류전원장치(130), 에너지저장장치(140), 마이크로프로세서유닛(150) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the battery charge/discharge device 100 may include a battery 110, a charge/discharge regulator 120, an AC power supply 130, an energy storage device 140, a microprocessor unit 150, etc. You can.

배터리(110)는 반복적인 충방전이 가능한 것으로서, 배터리 셀 또는 배터리 모듈 등을 포함할 수 있다.The battery 110 is capable of repeated charging and discharging and may include battery cells or battery modules.

배터리(110)는 제1 그룹 및 제2 그룹으로 구분되어, 제1 그룹과 제2 그룹의 충방전 동작은 동시에 또는 이시에 수행될 수 있고, 각 그룹의 충전과 방전 동작은 교차하여 교번하도록 정의될 수 있다.The battery 110 is divided into a first group and a second group, so that the charging and discharging operations of the first group and the second group can be performed at the same time or at the same time, and the charging and discharging operations of each group are defined to alternate. It can be.

충방전레귤레이터(CDR: Charge-Discharge Regulator)(120)는 배터리(110)과 전기적으로 연결되어 배터리(110)의 충전 또는 방전 동작을 제어하는 동작을 수행할 수 있다. The charge-discharge regulator (CDR) 120 is electrically connected to the battery 110 and can control the charging or discharging operation of the battery 110.

충방전레귤레이터(120)는 복수의 배터리가 연결될 수 있으며, 각 배터리의 전부 또는 일부를 개별적으로 제어할 수 있다. 충방전레귤레이터(120)는 제1 그룹의 배터리의 충전 및 제2 그룹의 배터리의 방전을 동시에 수행할 수 있다.The charge/discharge regulator 120 can be connected to a plurality of batteries and can individually control all or part of each battery. The charge/discharge regulator 120 can simultaneously charge the first group of batteries and discharge the second group of batteries.

충방전레귤레이터(120)는 스위치(111)의 턴-온 및 턴-오프를 통해 제1 그룹 또는 제2 그룹의 배터리의 충방전을 중단하는 타이밍을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 그룹의 배터리가 충전 동작을 수행하거나, 제2 그룹의 배터리가 방전 동작을 수행하는 것을 스위치(111)의 턴-오프를 통해 동작을 중단시킬 수 있고, 배터리 셀의 안정화를 수행하는 대기 모드로 전환할 수 있다.The charge/discharge regulator 120 may control the timing of stopping charge/discharge of the first or second group of batteries by turning on and off the switch 111. For example, the operation of the first group of batteries performing a charging operation or the second group of batteries performing a discharging operation can be stopped by turning off the switch 111, and stabilization of the battery cells is achieved. You can switch to standby mode to run.

충방전레귤레이터(120)는 셀 포메이션을 위한 CF 컨버터(미도시)를 포함할 수 있고, 직류전압이 형성되는 DC버스(112)와 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. DC버스(112)는 각 충방전레귤레이터(120)를 연결시키거나, 각 충방전레귤레이터(120)와 교류전원장치(130), 에너지저장장치(140)를 연결할 수 있다.The charge/discharge regulator 120 may include a CF converter (not shown) for cell formation, and may be electrically connected to the DC bus 112 where a direct current voltage is formed. The DC bus 112 may connect each charge/discharge regulator 120, or connect each charge/discharge regulator 120, the AC power device 130, and the energy storage device 140.

충방전레귤레이터(120)는 배터리(110)의 휴식모드에 배터리의 개방전압과 충전상태와의 상관관계를 계산하고, 배터리 내부임피던스값을 측정하기 위해 제1 펄스를 공급하고, 제1 펄스와 동일한 면적을 가지는 제2 펄스를 회수하는 동작을 수행할 수 있다.The charge/discharge regulator 120 calculates the correlation between the open-circuit voltage and the state of charge of the battery in the rest mode of the battery 110, supplies a first pulse to measure the internal impedance value of the battery, and supplies the same pulse as the first pulse. An operation to recover the second pulse having an area may be performed.

교류전원장치(APS: AC Power System)(130)는 PPU, CPS 등을 포함할 수 있고, 단방향 AC-DC 전원장치일 수 있다. 교류전원장치(130)는 배터리(110) 및 충방전레귤레이터(120)에 전력을 공급하는 장치일 수 있다.The AC power system (APS) 130 may include a PPU, CPS, etc., and may be a unidirectional AC-DC power device. The AC power device 130 may be a device that supplies power to the battery 110 and the charge/discharge regulator 120.

에너지저장장치(ESS: Energy Storage System)(140)는 저장된 화학에너지를 전기에너지로 변환하여 각 배터리(110) 및 충방전레귤레이터(120)에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 에너지저장장치(140)는 DC버스(112)를 통해 충방전레귤레이터(120)의 손실 전력에 대응하는 크기의 전력을 공급하는 보조적인 역할을 수행할 수 있다. The energy storage system (ESS) 140 can convert stored chemical energy into electrical energy and supply power to each battery 110 and the charge/discharge regulator 120. In addition, the energy storage device 140 may play an auxiliary role in supplying power corresponding to the power loss of the charge/discharge regulator 120 through the DC bus 112.

마이크로프로세서유닛(MPU: Micro Processor Unit)(150)은 연산능력을 가진 정보처리장치로서, 충방전레귤레이터(120)의 동작 모드를 결정하고, 충방전레귤레이터(120)의 충방전 전력량 및 운전시간을 계산할 수 있다.The microprocessor unit (MPU: Micro Processor Unit) 150 is an information processing device with computing capability, which determines the operation mode of the charge/discharge regulator 120 and determines the charge/discharge power amount and operating time of the charge/discharge regulator 120. It can be calculated.

마이크로프로세서유닛(150)은 배터리(110)이 충방전 동작을 수행하지 않는 대기 상태의 충방전레귤레이터(120)를 모니터링하고, 충방전 동작을 수행할 충방전레귤레이터(120)를 결정할 수 있다. 복수의 충방전레귤레이터(120)가 그룹을 형성하여 일부는 대기 상태에 존재하고, 일부는 운전 상태에 존재할 수 있으며, 대기 상태에 있는 충방전레귤레이터(120)와 운전 상태에 있는 충방전레귤레이터(120)가 교번하여 동작을 스위칭할 수 있다. 이 경우 충방전레귤레이터(120)의 대기시간을 단축시킬 수 있다.The microprocessor unit 150 may monitor the charge/discharge regulator 120 in a standby state in which the battery 110 does not perform a charge/discharge operation, and determine the charge/discharge regulator 120 to perform a charge/discharge operation. A plurality of charge/discharge regulators 120 may form a group, some of which may exist in a standby state and some may exist in an operating state, with the charge/discharge regulator 120 in a standby state and the charge/discharge regulator 120 in an operating state. ) can alternately switch operations. In this case, the waiting time of the charge/discharge regulator 120 can be shortened.

마이크로프로세서유닛(150)은 배터리(110)의 휴식모드에 하나 이상의 펄스를 공급하여 획득한 배터리의 내부임피던스값과 충전상태(SOC)의 상관관계를 계산할 수 있다.The microprocessor unit 150 can calculate the correlation between the internal impedance value of the battery and the state of charge (SOC) obtained by supplying one or more pulses to the rest mode of the battery 110.

마이크로프로세서유닛(150)은 충방전레귤레이터(120)과 D-CAN 통신 또는 C-CAN 통신을 통해 제어 신호를 전달할 수 있다.The microprocessor unit 150 may transmit a control signal to the charge/discharge regulator 120 through D-CAN communication or C-CAN communication.

도 3은 본 실시예에 따른 배터리 충방전장치의 동작을 설명하는 제1 예시 도면이다.Figure 3 is a first example diagram explaining the operation of the battery charging and discharging device according to this embodiment.

도 4는 본 실시예에 따른 배터리 충방전장치의 동작을 설명하는 제2 예시 도면이다.Figure 4 is a second example diagram explaining the operation of the battery charging and discharging device according to this embodiment.

도 3 및 도 4를 참조하면, 한 쌍의 배터리(C11, C12)는 충전 및 방전을 교차로 수행할 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4 , a pair of batteries C11 and C12 may alternately perform charging and discharging.

한 쌍의 배터리 셀들을 충전그룹과 방전그룹으로 나누어 동시 구동하고 운전 시간과 전력, 전력량의 균형을 맞춰 교류전원장치(APS)로 소비되는 전력 용량을 최소화하여 설비 용량을 줄일 수 있다. 한 쌍의 배터리 그룹 또는 한 쌍의 충방전레귤레이터 그룹의 구동모드는 하나는 충전이면 다른 하나는 방전 모드이고, 동시에 대기 모드로 운전할 수 있다. 이상적으로 APS에서 소비되는 전력을 0이 되게 운용할 수 있다.By dividing a pair of battery cells into a charging group and a discharging group and operating them simultaneously, the power capacity consumed by the alternating current power supply (APS) can be minimized by balancing the operation time, power, and amount of power, thereby reducing facility capacity. The driving mode of a pair of battery groups or a pair of charge/discharge regulator groups is one is charging and the other is discharging, and can be operated in standby mode at the same time. Ideally, APS can be operated so that the power consumed is zero.

충방전레귤레이터(120)는 배터리의 교차 충방전을 제어할 수 있고, 복수 개가 활용되어 복수의 배터리 쌍의 충전 및 방전 동작을 제어할 수 있다.The charge/discharge regulator 120 can control alternating charge/discharge of batteries, and a plurality of charge/discharge regulators 120 can be used to control charge and discharge operations of a plurality of battery pairs.

마이크로프로세서유닛(150)은 복수의 충방전레귤레이터의 동작 상태를 모니터링할 수 있다. The microprocessor unit 150 can monitor the operating status of a plurality of charge/discharge regulators.

또한, 마이크로프로세서유닛(150)은 개별 배터리 셀 또는 모듈을 제어할 수 있지만, 충방전레귤레이터(120)를 그룹으로 관리할 수 있다. 제1 그룹의 충방전레귤레이터(120)가 충방전을 수행하지 않는 경우에, 이와 동시에 제2 그룹의 충방전레귤레이터(120)의 충방전을 수행하도록 제어하여 충방전 대기시간을 감소시킬 수 있다. 이를 통해, 배터리 쌍(C11, C12)의 충방전 동작 및 충방전레귤레이터(CDR #1, #2)의 충방전 동작을 연계하여 구동할 수 있다.Additionally, the microprocessor unit 150 can control individual battery cells or modules, but can manage the charge/discharge regulator 120 as a group. When the first group of charging and discharging regulators 120 do not perform charging and discharging, the charging and discharging of the second group of regulators 120 can be controlled to perform charging and discharging at the same time, thereby reducing the charging and discharging waiting time. Through this, the charge/discharge operation of the battery pair (C11, C12) and the charge/discharge operation of the charge/discharge regulator (CDR #1, #2) can be linked and driven.

마이크로프로세서유닛(150)은 제1 그룹의 충방전레귤레이터의 충방전 타이밍과 제2 그룹의 충방전레귤레이터의 충방전 타이밍을 교번하도록 설정할 수 있다.The microprocessor unit 150 may be set to alternate the charge/discharge timing of the first group of charge/discharge regulators and the charge/discharge timing of the second group of charge/discharge regulators.

마이크로프로세서유닛(150)은 복수의 충방전레귤레이터가 한 쌍의 배터리을 충방전하는 과정에서 발생하는 컨버터의 전력 손실량을 계산하고, CAN 통신을 통해 에너지저장장치(ESS)에 상기 전력 손실량 정보를 전달할 수 있다. The microprocessor unit 150 calculates the amount of power loss of the converter that occurs when a plurality of charge/discharge regulators charge and discharge a pair of batteries, and can transmit the amount of power loss information to the energy storage device (ESS) through CAN communication. there is.

복수의 충방전레귤레이터(120)는 단방향 교류전원장치(130)로부터 전력을 공급받고, 단방향 교류전원장치(130)는 정전압을 공급한 이후에 정전력을 공급할 수 있다.The plurality of charge/discharge regulators 120 receive power from the one-way AC power device 130, and the one-way AC power device 130 can supply constant voltage and then supply constant power.

배터리 충방전장치(100)는 직류전압을 공급하는 DC버스를 더 포함하고, 충방전레귤레이터(120)는 DC버스를 공유하는 인접한 충방전레귤레이터에 저장된 전력을 전달받아 전력 손실량을 보충할 수 있다.The battery charge/discharge device 100 further includes a DC bus that supplies direct current voltage, and the charge/discharge regulator 120 can compensate for power loss by receiving power stored in an adjacent charge/discharge regulator that shares the DC bus.

도 5는 본 실시예에 따른 배터리별 충전상태(SOC)를 비교한 도면이다.Figure 5 is a diagram comparing the state of charge (SOC) of each battery according to this embodiment.

도 5를 참조하면, 배터리별로 충전상태(SOC)가 달라질 수 있다.Referring to FIG. 5, the state of charge (SOC) may vary for each battery.

제1 배터리쌍(C11, C12), 제2 배터리쌍(C21, C22), 제3 배터리쌍(C31, C32)에 따라 충전상태(SOC)의 합 또는 차이가 다를 수 있다. The sum or difference in state of charge (SOC) may be different depending on the first battery pair (C11, C12), the second battery pair (C21, C22), and the third battery pair (C31, C32).

예를 들어, 배터리(C11)의 충전상태(a1) 및 배터리(C12)의 충전상태(a2)의 합은 배터리(C21)의 충전상태(b1) 및 배터리(C22)의 충전상태(b2)의 합 또는 배터리(C31)의 충전상태(c1) 및 배터리(C32)의 충전상태(c2)의 합과 다를 수 있다. For example, the sum of the state of charge (a1) of the battery C11 and the state of charge (a2) of the battery C12 is the state of charge (b1) of the battery C21 and the state of charge (b2) of the battery C22. The sum may be different from the sum of the state of charge (c1) of the battery C31 and the state of charge (c2) of the battery C32.

배터리 충방전장치가 제1 배터리쌍(C11, C12), 제2 배터리쌍(C21, C22)의 충전상태(SOC)의 편차를 줄이기 위하여 에너지저장장치(ESS)로부터 각 배터리 셀 또는 모듈은 전기에너지를 공급받을 수 있다.In order to reduce the deviation of the state of charge (SOC) of the first battery pair (C11, C12) and the second battery pair (C21, C22), the battery charge/discharge device receives electrical energy from each battery cell or module from the energy storage system (ESS). can be supplied.

도 6은 본 실시예에 따른 배터리 충전 전류를 나타내는 도면이다.Figure 6 is a diagram showing battery charging current according to this embodiment.

도 6을 참조하면, 배터리 충방전장치는 충전시간(Tc)에 배터리 충전을 수행하고, 대기시간(Tr)에 배터리 충전을 중단할 수 있다.Referring to FIG. 6, the battery charging and discharging device may charge the battery during the charging time (Tc) and stop charging the battery during the standby time (Tr).

또한, 배터리 충방전장치는 방전시간(Tdc)에 배터리 방전을 수행하고, 대기시간(Tr)에 배터리 방전을 중단할 수 있다.Additionally, the battery charge/discharge device may discharge the battery during the discharge time (Tdc) and stop discharging the battery during the standby time (Tr).

배터리 쌍의 충방전을 반복하는 과정에서 각 배터리에 전달되는 충전전류 및 방전전류는 서로 같은 크기를 가질 수 있다.In the process of repeating charging and discharging of a pair of batteries, the charging current and discharging current delivered to each battery may have the same size.

도 200A를 참조하면, 배터리의 충전 과정에서 공급되는 전류의 변화를 예시적으로 나타낼 수 있다. 배터리의 대기시간(Tr)의 사이에 배터리의 내부 임피던스를 측정하기 위한 전류 펄스(Pulse 1, 2)를 공급할 수 있다. 제1 전류펄스에 의한 배터리 충전용량 변화를 방지하기 위하여 이와 동일한 크기의 제2 전류펄스를 회수할 수 있다. Referring to Figure 200A, the change in current supplied during the charging process of the battery can be illustratively shown. Current pulses (Pulse 1, 2) can be supplied to measure the internal impedance of the battery during the battery's standby time (Tr). In order to prevent changes in battery charging capacity caused by the first current pulse, a second current pulse of the same size can be recovered.

도 200B를 참조하면, 배터리의 방전 과정에서 공급되는 전류의 변화를 나타낼 수 있고, 도 200A와 다른 위상을 가지는 전류를 공급할 수 있다.Referring to Figure 200B, a change in current supplied during the discharging process of the battery can be shown, and a current having a different phase from Figure 200A can be supplied.

도 7은 본 실시예에 따른 배터리의 충전상태(SOC) 및 내부 임피던스의 상관관계를 나타내는 도면이다.Figure 7 is a diagram showing the correlation between the state of charge (SOC) and internal impedance of the battery according to this embodiment.

도 7을 참조하면, 배터리의 충전상태(SOC) 및 내부 임피던스값의 상관관계를 예시한 것으로서 제1 그래프(A) 및 제2 그래프(B)와 같이 일정한 상관관계를 가질 수 있다.Referring to FIG. 7, it illustrates the correlation between the state of charge (SOC) of the battery and the internal impedance value, and may have a certain correlation as shown in the first graph (A) and the second graph (B).

배터리의 충전상태(SOC)의 각 지점-예를 들어, 도 8에서 SOC가 일정하게 유지되는 지점-별로 배터리의 내부 임피던스를 측정하여 룩업테이블의 형태로 저장하여 활용할 수 있다.The internal impedance of the battery can be measured at each point of the battery's state of charge (SOC) - for example, the point where the SOC remains constant in FIG. 8 - and stored in the form of a lookup table for use.

여기서 배터리의 내부 임피던스값은 펄스의 구간별로 적분한 평균값을 배터리의 개방회로전압(Voc)로 나눈 값일 수 있으며, 이에 제한되지 않는 다양한 측정 방법을 활용할 수 있다.Here, the internal impedance value of the battery may be the average value integrated for each section of the pulse divided by the open circuit voltage (Voc) of the battery, and various measurement methods that are not limited to this can be used.

배터리를 충방전하는 과정에 N개(N은 1 이상의 정수)의 전류 펄스의 쌍을 만들고 이에 따라 대기 시간(최소 )에 DCIR 전류를 추정하여 내부 임피던스를 계산할 수 있다. 예를 들어, 펄스의 쌍 의 개수는 > N으로 결정될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the process of charging and discharging the battery, N pairs of current pulses (N is an integer greater than 1) are created, and the waiting time (minimum ), the internal impedance can be calculated by estimating the DCIR current. For example, the number of pairs of pulses is > It may be determined as N, but is not limited thereto.

도 8은 본 실시예에 따른 시간에 다른 배터리의 충전상태(SOC) 변화를 나타내는 도면이다.Figure 8 is a diagram showing changes in the state of charge (SOC) of batteries at different times according to this embodiment.

도 8을 참조하면, 배터리로 공급되는 전류 또는 전압의 펄스에 대응하여 배터리의 충전상태(SOC: State of Charge)가 변화할 수 있다.Referring to FIG. 8, the state of charge (SOC) of the battery may change in response to pulses of current or voltage supplied to the battery.

예를 들어, 양의 전류값을 가지는 전류펄스가 배터리에 전달되는 경우에 배터리의 충전상태(SOC)가 선형 또는 비선형으로 증가할 수 있고, 전류펄스가 전달되지 않는 시구간에서는 배터리의 충전상태(SOC)가 유지될 수 있다.For example, when a current pulse with a positive current value is delivered to the battery, the state of charge (SOC) of the battery may increase linearly or nonlinearly, and in the time period when the current pulse is not delivered, the state of charge (SOC) of the battery may increase (SOC). SOC) can be maintained.

또한, 음의 전류값을 가지는 전류펄스가 배터리에 전달되는 경우-이 경우, 전류의 방향이 달라지는 것으로 이해할 수 있음-에는 배터리의 충전상태(SOC)가 선형 또는 비선형으로 감소할 수 있고, 전류펄스가 전달되지 않는 시구간에서는 배터리의 충전상태(SOC)가 유지될 수 있다.In addition, when a current pulse with a negative current value is delivered to the battery - in this case, it can be understood that the direction of the current changes - the state of charge (SOC) of the battery may decrease linearly or non-linearly, and the current pulse The state of charge (SOC) of the battery can be maintained in the time period in which the is not transmitted.

도 9는 본 실시예에 따른 전원장치의 충전 과정에서 출력전류 및 출력전압의 변화를 나타내는 도면이다.Figure 9 is a diagram showing changes in output current and output voltage during the charging process of the power supply device according to this embodiment.

도 10은 본 실시예에 따른 전원장치 및 에너지저장장치의 충전 과정에서 시간에 따른 전류 변화를 나타내는 도면이다.Figure 10 is a diagram showing the change in current over time during the charging process of the power supply and energy storage device according to this embodiment.

종래의 배터리 충방전장치에서 기존에 배터리 셀들을 충전하거나 방전할 때, 충전 전력이나 방전 전력이 기존 PS(AC-DC 전원장치) 전력 용량보다 크게 되면 문제가 발생한다. When charging or discharging existing battery cells in a conventional battery charging/discharging device, a problem occurs if the charging power or discharging power becomes greater than the power capacity of the existing PS (AC-DC power supply).

예를 들어, 배터리 충전을 수행하는 경우에 기존 PS(AC-DC 전원장치) 용량이 부족하면 최대 전류까지 흐르다가 과전류 고장 발생으로 정지하게 된다. 이로 인해 충전모드의 과전류 고장 발생을 막기 위해 AC-DC 전원장치 용량을 충분히 설계해야 한다.For example, when charging a battery, if the capacity of the existing PS (AC-DC power supply) is insufficient, the current flows to the maximum and then stops due to overcurrent failure. For this reason, the capacity of the AC-DC power supply must be sufficiently designed to prevent overcurrent failure in charging mode.

도 9 및 도 10을 참조하면, APS 충전 운전 제어는 정전압-정전력-정전류의 순서대로 수행될 수 있다. 배터리 충전을 수행하는 제1 단계에서 정격 전류에 도달하기 전까지는 정전압(CV) 운전을 하고, 제2 단계에서 정격 전류 이상이 되면 최대 전류에 도달할 때까지 정전력(CP) 운전을 하고, 제3 단계에서 정전류(CC) 운전을 할 수 있다. 이 경우 교류전원장치(APS)가 정전력 운전 영역에 들어가면 에너지저장장치(ESS)를 통해서 부족한 전류를 보충하여 APS 가 정격 전류까지만 흐르게 하고 정전압을 유지하게 만들어 정지되는 문제를 해결할 수 있다.Referring to Figures 9 and 10, APS charging operation control may be performed in the following order: constant voltage - constant power - constant current. In the first stage of battery charging, constant voltage (CV) operation is performed until the rated current is reached, and in the second stage, when the rated current exceeds the rated current, constant power (CP) operation is performed until the maximum current is reached. Constant current (CC) operation is possible in three stages. In this case, when the AC power supply (APS) enters the constant power operation area, the insufficient current can be supplemented through the energy storage system (ESS), allowing the APS to flow only up to the rated current and maintain a constant voltage, thereby solving the problem of stopping.

이러한 관점에서 배터리 충방전장치는, 배터리; 상기 배터리의 충전 및 방전 동작을 수행하는 충방전레귤레이터(CDR); 상기 충방전레귤레이터로 전력을 공급하는 교류전원장치(APC); 및 상기 충방전레귤레이터로 전력을 공급하는 에너지저장장치(ESS)를 포함하고, 상기 교류전원장치는 정격전류값까지 상기 충방전레귤레이터에 정전압(CV)을 공급하고, 정격전류값을 초과하는 범위에서는 부족한 전류를 상기 에너지저장장치(ESS)를 통해 보충받아 상기 충방전레귤레이터에 정전력(CP)을 공급하여 상기 배터리를 충전할 수 있다.From this perspective, the battery charging and discharging device includes: a battery; A charge/discharge regulator (CDR) that performs charging and discharging operations of the battery; An alternating current power supply (APC) that supplies power to the charge/discharge regulator; And an energy storage device (ESS) that supplies power to the charge/discharge regulator, wherein the AC power supply supplies a constant voltage (CV) to the charge/discharge regulator up to the rated current value, and in a range exceeding the rated current value. The battery can be charged by receiving insufficient current through the energy storage device (ESS) and supplying constant power (CP) to the charge/discharge regulator.

또한, 배터리 충방전장치에서 교류전원장치는 최대전류값에 도달하는 경우에는 상기 충방전레귤레이터에 정전류(CC)를 공급할 수 있다.Additionally, in the battery charge/discharge device, the AC power supply may supply a constant current (CC) to the charge/discharge regulator when the maximum current value is reached.

또한, 배터리 충방전장치는 충방전레귤레이터, 상기 교류전원장치, 및 상기 에너지저장장치와 연결되고, 직류전압을 공급하는 DC버스를 더 포함할 수 있고, 상기 DC버스를 통해 정전압, 정전력, 정전류가 순차적으로 전달할 수 있다.In addition, the battery charge/discharge device may further include a DC bus that is connected to the charge/discharge regulator, the AC power device, and the energy storage device and supplies direct current voltage, and provides constant voltage, constant power, and constant current through the DC bus. can be delivered sequentially.

도 11은 본 실시예에 따른 전원장치의 방전 과정에서 출력전류 및 출력전압의 변화를 나타내는 도면이다.Figure 11 is a diagram showing changes in output current and output voltage during the discharging process of the power supply device according to this embodiment.

도 12는 본 실시예에 따른 전원장치 및 에너지저장장치의 방전 과정에서 시간에 따른 전류 변화를 나타내는 도면이다.Figure 12 is a diagram showing the change in current over time during the discharge process of the power supply device and the energy storage device according to this embodiment.

종래의 배터리 충방전장치에서 배터리 방전을 수행하는 경우에 기존 PS(AC-DC 전원장치)가 전원쪽으로 발전하는 용량이 부족하면 DC 버스에 전류가 과잉 공급되어 전압이 상승해 과전압 고장 발생으로 정지하게 된다. 이로 인해 방전모드의 과전압 고장 발생을 막기 위해 AC-DC 전원장치 용량을 충분히 설계해야 한다.When discharging a battery in a conventional battery charging/discharging device, if the existing PS (AC-DC power supply) does not have enough power generation capacity, excess current is supplied to the DC bus, causing the voltage to rise and stopping due to overvoltage failure. do. For this reason, the capacity of the AC-DC power supply must be sufficiently designed to prevent overvoltage failure in discharge mode.

도 11 및 도 12를 참조하면, APS 방전 운전은 정전압-정전력-정전압의 순서대로 수행될 수 있다. 배터리 방전을 수행하는 제1 단계는 정격 전류에 도달하기 전까지는 정전압(CV) 운전을 하고, 제2 단계는 정격 전류 이상이 되면 최대 전압에 도달할 때까지 정전력(CP) 운전을 하며, 제3 단계는 정전압(CV) 운전을 할 수 있다. 정전력 운전 영역에 들어가면 에너지저장장치(ESS)를 통해서 높아진 전압만큼 전압을 소비하여 APS가 정격전류까지만 흐르게 하고 정전압을 유지하게 만들어 정지되는 문제를 해결할 수 있다. 이러한 방법으로 APS 전력 용량을 최소화하여 설계할 수 있게 된다.Referring to Figures 11 and 12, APS discharge operation may be performed in the order of constant voltage - constant power - constant voltage. The first stage of discharging the battery is constant voltage (CV) operation until the rated current is reached, and the second stage is constant power (CP) operation until the maximum voltage is reached when the rated current exceeds the rated current. Stage 3 allows constant voltage (CV) operation. When entering the constant power operation area, the problem of stopping can be solved by consuming as much voltage as the increased voltage through the energy storage system (ESS), allowing the APS to flow only up to the rated current and maintain a constant voltage. In this way, the APS power capacity can be minimized and designed.

이러한 관점에서 배터리 충방전장치에서 교류전원장치는 정격전류값에 도달하기 전까지 정전압(CV)을 상기 충방전레귤레이터에 공급하고, 정격전류값을 초과하는 경우에는 최대전압값까지 정전력(CP)을 상기 충방전레귤레이터에 공급할 수 있다. From this perspective, in a battery charge/discharge device, the AC power supply supplies constant voltage (CV) to the charge/discharge regulator until the rated current value is reached, and when the rated current value is exceeded, it supplies constant power (CP) up to the maximum voltage value. It can be supplied to the charge/discharge regulator.

또한, 배터리 충방전장치에서 에너지저장장치는 상기 교류전원장치가 정전력(CP)을 공급하는 경우에, 최대전압값을 초과하는 전압을 공급받아 에너지 저장할 수 있다.Additionally, in a battery charging and discharging device, the energy storage device can receive a voltage exceeding the maximum voltage value and store energy when the AC power device supplies constant power (CP).

배터리 충방전장치는 상기 교류전원장치의 정격전류값, 최대전류값, 최대전?陋た? 관한 정보를 저장하고, 상기 교류전원장치의 상태를 판단하는 마이크로프로세서유닛을 더 포함할 수 있다.The battery charging and discharging device measures the rated current value, maximum current value, and maximum voltage of the AC power supply device. It may further include a microprocessor unit that stores related information and determines the status of the AC power device.

배터리 충방전장치에서 상기 마이크로프로세서유닛은 배터리 충전을 위한 출력전류-출력전압 맵 또는 배터리 방전을 위한 출력전류-출력전압 맵을 생성하고, 상기 교류전원장치의 동작을 제어할 수 있다.In the battery charging and discharging device, the microprocessor unit can generate an output current-output voltage map for battery charging or an output current-output voltage map for battery discharging and control the operation of the AC power supply device.

배터리 충방전장치에서 상기 마이크로프로세서유닛은, 상기 교류전원장치가 정전력 동작을 수행하는 경우에, 이와 동시에 상기 에너지저장장치의 동작을 수행하는 제어신호를 생성하여 상기 에너지저장장치로 전달할 수 있다.In the battery charging and discharging device, when the AC power device performs a constant power operation, the microprocessor unit can simultaneously generate a control signal that performs the operation of the energy storage device and transmit it to the energy storage device.

배터리 충방전장치에서 상기 배터리는 충전을 수행하는 제1 그룹의 배터리; 및 상기 제1 그룹의 배터리 셀이 충전을 수행할 때 방전을 수행하는 제2 그룹의 배터리를 포함할 수 있다.In the battery charging and discharging device, the batteries include a first group of batteries that perform charging; and a second group of batteries that perform discharging when the first group of battery cells perform charging.

배터리 충방전장치에서 상기 충방전레귤레이터는, 상기 제1 그룹의 배터리 및 상기 제2 그룹의 배터리가 충방전되는 운전모드 타이밍 및 셀 안정화를 수행하는 대기모드 타이밍을 결정할 수 있다.In the battery charging and discharging device, the charging and discharging regulator may determine operation mode timing in which the first group of batteries and the second group of batteries are charged and discharged and standby mode timing in which cell stabilization is performed.

도 13은 본 실시예에 따른 DC버스의 정전류, 정전압, 정전력 구동을 설명하는 도면이다.Figure 13 is a diagram explaining constant current, constant voltage, and constant power driving of the DC bus according to this embodiment.

종래의 배터리 충방전장치는 배터리 셀을 기준으로 정전압, 정전류, 정전력을 측정 및 관리하였으나, 본 실시예에 따른 배터리 충방전장치는 도 13과 같이 DC버스도 동시에 정전압, 정전류, 정전력이 되도록 제어할 수 있다.The conventional battery charging and discharging device measures and manages constant voltage, constant current and constant power based on the battery cell, but the battery charging and discharging device according to this embodiment measures the DC bus to have constant voltage, constant current and constant power at the same time, as shown in FIG. 13. You can control it.

도 14는 본 실시예에 따른 배터리 충방전 장치의 구성도이다.Figure 14 is a configuration diagram of a battery charging and discharging device according to this embodiment.

도 14를 참조하면, 배터리 충방전장치(300)는 배터리(310), 센서(320), 마이크로프로세서유닛(330) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 14, the battery charge/discharge device 300 may include a battery 310, a sensor 320, a microprocessor unit 330, etc.

센서(320)는 배터리(310)의 충전전압 및 충전전류를 측정하고, 이를 기준으로 충전상태(SOC), 내부임피던스값 등을 측정하기 위한 센서일 수 있다.The sensor 320 may be a sensor for measuring the charging voltage and charging current of the battery 310, and measuring the state of charge (SOC), internal impedance value, etc. based on this.

마이크로프로세서유닛(330)은 배터리 셀 모드 관리회로(331), 배터리 충전상태 계산회로(332), 충방전레귤레이터 대기시간 계산회로(333), 충방전레귤레이터 손실전력 계산회로(334), 교류전원장치 상태 제어회로(335), 에너지저장장치 상태 제어회로(336) 등을 포함할 수 있다. The microprocessor unit 330 includes a battery cell mode management circuit 331, a battery charge state calculation circuit 332, a charge/discharge regulator waiting time calculation circuit 333, a charge/discharge regulator power loss calculation circuit 334, and an AC power supply. It may include a state control circuit 335, an energy storage device state control circuit 336, etc.

배터리 셀 모드 관리회로(331)는 배터리 셀의 구동모드를 충전 또는 방전 동작을 수행하는 운전모드, 충방전완료 이후에 셀 안정화를 수행하는 대기모드 등으로 구분하여 배터리 상태를 관리할 수 있다.The battery cell mode management circuit 331 can manage the battery state by dividing the driving mode of the battery cell into an operation mode that performs a charging or discharging operation and a standby mode that performs cell stabilization after charging and discharging are completed.

배터리 SOC 계산회로 (332)는 센서(320)가 측정한 배터리의 전압, 전류 등을 기초로 배터리의 충전상태(SOC)를 계산 및 저장하는 회로일 수 있다.The battery SOC calculation circuit 332 may be a circuit that calculates and stores the state of charge (SOC) of the battery based on the voltage and current of the battery measured by the sensor 320.

충방전레귤레이터 대기시간 계산회로(333)는 배터리 쌍 또는 충방전레귤레이터 쌍의 충전 또는 방전 상태를 확인하고, 대기시간을 최소화하기 위하여 전력을 송수신하기 위한 대기시간을 계산하는 회로일 수 있다.The charging/discharging regulator waiting time calculation circuit 333 may be a circuit that checks the charging or discharging status of a battery pair or a charging/discharging regulator pair, and calculates a waiting time for transmitting and receiving power to minimize the waiting time.

충방전레귤레이터 손실전력 계산회로(334)는 복수의 충방전레귤레이터의 전력 기준값 대기 손실된 전력을 계산하는 회로일 수 있고, 부족분에 관한 정보를 교류전원장치(APS) 또는 에너지저장장치(ESS)로 전달하는 회로일 수 있다.The charging/discharging regulator power loss calculation circuit 334 may be a circuit that calculates the power lost waiting for the power standard value of a plurality of charging/discharging regulators, and provides information on the shortfall to an alternating current power supply (APS) or energy storage system (ESS). It may be a transmitting circuit.

교류전원장치 상태 제어회로(335)는 교류전원장치의 출력을 제어하거나, 전달 대상이 되는 배터리 또는 충방전레귤레이터를 선택하기 위한 회로일 수 있다.The AC power device status control circuit 335 may be a circuit for controlling the output of the AC power device or for selecting a battery or charge/discharge regulator to be transmitted.

에너지저장장치 상태 제어회로(336)는 에너지저장장치(ESS)의 보유 에너지를 배터리 또는 충방전레귤레이터로 전달하거나, 배터리 또는 충방전레귤레이터의 초과 에너지를 전달받아 에너지를 저장하기 위한 장치일 수 있다.The energy storage device status control circuit 336 may be a device for transferring energy stored in an energy storage device (ESS) to a battery or charge/discharge regulator, or receiving excess energy from a battery or charge/discharge regulator to store energy.

도 15는 본 실시예에 따른 배터리 충방전 과정에서 전력 분담 방법을 설명하는 순서도이다.Figure 15 is a flowchart explaining the power sharing method in the battery charging and discharging process according to this embodiment.

도 15를 참조하면, 전력 분담 방법(400)은 배터리 셀 그룹 선정 단계(S410), 한 쌍의 배터리 셀의 충전 및 방전을 동시에 수행하는 단계(S420), 충방전레귤레이터의 대기시간을 측정하는 단계(S430), 충방전레귤레이터의 손실전력을 측정하는 단계(S440), APS 및 ESS를 통한 전력 분담을 수행하는 단계(S450) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 15, the power sharing method 400 includes a battery cell group selection step (S410), a step of simultaneously charging and discharging a pair of battery cells (S420), and a step of measuring the standby time of the charge and discharge regulator. (S430), measuring the power loss of the charge/discharge regulator (S440), and performing power sharing through the APS and ESS (S450).

배터리 셀 그룹 선정 단계(S410)는 충방전 대상이 되는 복수의 배터리를 선정하는 단계일 수 있다. 여기서 복수의 배터리는 충전 및 방전을 교차적으로 수행하는 복수의 배터리 쌍을 포함할 수 있다.The battery cell group selection step (S410) may be a step of selecting a plurality of batteries to be charged and discharged. Here, the plurality of batteries may include a plurality of battery pairs that alternately perform charging and discharging.

한 쌍의 배터리 셀의 충전 및 방전을 동시에 수행하는 단계(S420)는 일 배터리의 충전을 수행함과 동시에 다른 배터리의 방전을 수행하는 단계일 수 있다.The step of simultaneously charging and discharging a pair of battery cells (S420) may be a step of charging one battery and discharging the other battery at the same time.

충방전레귤레이터의 대기시간을 측정하는 단계(S430)는 일 그룹의 충방전레귤레이터(CDR)의 충방전 시간 및 타 그룹의 충방전레귤레이터(CDR)의 대기 시간을 측정하는 단계일 수 있다. 충방전레귤레이터(CDR)의 대기 시간을 측정을 수행하여 시간 지연 없이 순차적으로, 교번적으로 충방전레귤레이터(CDR)의 동작을 제어할 수 있다.The step of measuring the waiting time of the charge/discharge regulator (S430) may be a step of measuring the charge/discharge time of one group of charge/discharge regulators (CDRs) and the standby time of the charge/discharge regulators (CDRs) of another group. By measuring the waiting time of the charge/discharge regulator (CDR), the operation of the charge/discharge regulator (CDR) can be controlled sequentially and alternately without time delay.

충방전레귤레이터의 손실전력을 측정하는 단계(S440)는 복수의 충방전레귤레이터(CDR)의 충전상태(SOC), 내부임피던스, 전력 사용량 등을 종합하여 손실전력을 측정하고 관리하는 단계일 수 있다. 배터리 셀 또는 모듈의 충전용량 편차를 개선하기 위해 손실전력을 모니터링할 수 있다.The step of measuring the power loss of the charge/discharge regulator (S440) may be a step of measuring and managing the power loss by combining the state of charge (SOC), internal impedance, and power usage of a plurality of charge/discharge regulators (CDRs). Power loss can be monitored to improve the variation in charging capacity of battery cells or modules.

APS 및 ESS를 통한 전력 분담을 수행하는 단계(S450)는 충방전레귤레이터(CDR)의 손실전력에 대응하여 부족분을 APS 또는 ESS가 공급하는 단계일 수 있다. APS의 전력 용량의 한계값을 미리 측정하고, ESS가 부족분을 보충할 수 있다. 또는, ESS의 에너지를 우선적으로 활용하고, ESS 에너지 부족분을 APS를 통해 보충할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The step of performing power sharing through the APS and ESS (S450) may be a step in which the APS or ESS supplies the shortfall in response to the power loss of the charge/discharge regulator (CDR). The limit value of the power capacity of the APS can be measured in advance, and the ESS can make up for the shortfall. Alternatively, the energy of the ESS can be utilized preferentially and the ESS energy shortfall can be supplemented through the APS, but is not limited to this.

예를 들어, 초기 SOC 상태가 같은 한 쌍의 그룹에서 의 충·방전량의 균형을 맞추는 알고리즘을 수행할 수 있다. 예를 들어, 초기 20% SOC 상태에서 반은 SOC 0%로 보내고 나머지 반은 SOC 100%로 보내는 알고리즘을 수행할 수 있다.For example, an algorithm can be performed to balance the amount of charge and discharge in a pair of groups with the same initial SOC state. For example, in an initial 20% SOC state, an algorithm can be performed that sends half to SOC 0% and the other half to SOC 100%.

도 15는 배터리 충방전 과정에서 전력 분담 방법을 예시하기 위한 것으로서, 단계 중 일부가 생략되거나, 일부 단계의 순서가 변경되는 등의 다양한 변형 실시예를 포함할 수 있다.Figure 15 is intended to illustrate a power sharing method in the battery charging and discharging process, and may include various modified embodiments such as some of the steps being omitted or the order of some steps being changed.

도 16은 본 실시예에 따른 배터리의 충전 프로세스 및 방전 프로세스를 설명하는 순서도이다.Figure 16 is a flowchart explaining the charging process and discharging process of the battery according to this embodiment.

도 16을 참조하면, 배터리 충전모드별 충전 및 방전 프로세스를 비교할 수 있다.Referring to Figure 16, the charging and discharging processes for each battery charging mode can be compared.

배터리 충방전 프로세스(500)는 운전모드를 판단하는 단계(S510), APS 충전을 수행하는 단계(S520), APS 방전을 수행하는 단계(S530) 등을 포함할 수 있다.The battery charging and discharging process 500 may include determining the driving mode (S510), performing APS charging (S520), and performing APS discharging (S530).

운전모드를 판단하는 단계(S510)는 배터리 셀 또는 모듈의 충전 여부를 판단하고, 만약 충전 또는 방전을 수행하기 위한 운전모드를 확인하는 단계일 수 있다.The step of determining the driving mode (S510) may be a step of determining whether the battery cell or module is charged and, if so, checking the driving mode for charging or discharging.

APS 충전을 수행하는 단계(S520)는 운전모드 판단 단계(S510)에서 배터리 충전 모드임을 확인한 경우에, 정전압(CV) 운전, 정전력(CP) 운전, 정전류(CC) 운전을 순차적으로 수행하는 단계일 수 있다.The step of performing APS charging (S520) is a step of sequentially performing constant voltage (CV) operation, constant power (CP) operation, and constant current (CC) operation when the battery charging mode is confirmed in the operation mode determination step (S510). It can be.

APS 충전을 수행하는 단계(S520)는 정격 전류에 도달하기 전까지는 정전압(CV) 운전을 하는 단계(S522), 정격 전류 이상이 되면 정전력(CP) 운전을 하는 단계(S522), 최대 전류에 도달하면 정전류(CC) 운전을 하는 단계(S523)으로 구분되어 충전 동작을 수행할 수 있다. APS가 정전력 운전 영역에 들어가면 ESS를 통해서 부족한 전류를 보충하여 APS가 정격 전류까지만 흐르게 하고 정전압을 유지하게 만들어 정지되는 문제를 해결할 수 있다.The step of performing APS charging (S520) is a step of constant voltage (CV) operation until the rated current is reached (S522), a step of constant power (CP) operation when the rated current exceeds the rated current (S522), and the step of performing constant voltage (CP) operation until the rated current is reached (S522). Once reached, it is divided into a constant current (CC) operation step (S523) and the charging operation can be performed. When the APS enters the constant power operation area, the insufficient current can be supplemented through the ESS to allow the APS to flow only up to the rated current and maintain a constant voltage, thereby solving the problem of stopping.

APS 방전을 수행하는 단계(S530)는 운전모드 판단 단계(S510)에서 배터리 방전 모드임을 확인한 경우에, 정전압(CV) 운전, 정전력(CP) 운전, 정전압(CV) 운전을 순차적으로 수행하는 단계일 수 있다.The step of performing APS discharge (S530) is a step of sequentially performing constant voltage (CV) operation, constant power (CP) operation, and constant voltage (CV) operation when it is confirmed that the battery discharge mode is in the operation mode determination step (S510). It can be.

APS 방전을 수행하는 단계(S530)는 정격 전류에 도달하기 전까지는 정전압(CV) 운전을 하는 단계(S531), 정격 전류 이상이 되면 정전력(CP) 운전을 하는 단계(S532), 최대 전압에 도달하면 정전압(CV) 운전을 하는 단계(S533)으로 구분되어 방전 동작을 수행할 수 있다. 정전력 운전 영역에 들어가면 ESS를 통해서 높아진 전압만큼 전압을 소비하여 APS가 정격전류까지만 흐르게 하고 정전압을 유지하게 만들어 정지되는 문제를 해결할 수 있다.The step of performing APS discharge (S530) is a step of constant voltage (CV) operation until the rated current is reached (S531), a step of constant power (CP) operation when the rated current is higher than the rated current (S532), and the step of performing constant voltage (CP) operation until the rated current is reached (S532). Once reached, it is divided into a constant voltage (CV) operation step (S533) and a discharge operation can be performed. When entering the constant power operation area, the problem of stopping can be solved by consuming as much voltage as the increased voltage through the ESS, allowing the APS to flow only up to the rated current and maintain a constant voltage.

도 16는 배터리 충방전 프로세스를 예시하기 위한 것으로서, 단계 중 일부가 생략되거나, 일부 단계의 순서가 변경되는 등의 다양한 변형 실시예를 포함할 수 있다.FIG. 16 is for illustrating a battery charging and discharging process, and may include various modified embodiments such as some of the steps being omitted or the order of some steps being changed.

Claims (10)

배터리;
상기 배터리의 충전 및 방전 동작을 수행하는 충방전레귤레이터(CDR);
상기 충방전레귤레이터로 전력을 공급하는 교류전원장치(APC); 및
상기 충방전레귤레이터로 전력을 공급하는 에너지저장장치(ESS)를 포함하고,
상기 교류전원장치는 정격전류값까지 상기 충방전레귤레이터에 정전압(CV)을 공급하고, 정격전류값을 초과하는 범위에서는 부족한 전류를 상기 에너지저장장치(ESS)를 통해 보충받아 상기 충방전레귤레이터에 정전력(CP)을 공급하여 상기 배터리를 충전하는, 배터리 충방전장치.
battery;
A charge/discharge regulator (CDR) that performs charging and discharging operations of the battery;
An alternating current power supply (APC) that supplies power to the charge/discharge regulator; and
Includes an energy storage system (ESS) that supplies power to the charge/discharge regulator,
The AC power supply supplies a constant voltage (CV) to the charge/discharge regulator up to the rated current value, and in the range exceeding the rated current value, the insufficient current is supplemented through the energy storage device (ESS) and supplied to the charge/discharge regulator. A battery charging and discharging device that supplies power (CP) to charge the battery.
제 1 항에 있어서,
상기 교류전원장치는 최대전류값에 도달하는 경우에는 상기 충방전레귤레이터에 정전류(CC)를 공급하는, 배터리 충방전장치.
According to claim 1,
A battery charging and discharging device wherein the AC power supply supplies a constant current (CC) to the charging and discharging regulator when the maximum current value is reached.
제 1 항에 있어서,
상기 충방전레귤레이터, 상기 교류전원장치, 및 상기 에너지저장장치와 연결되고, 직류전압을 공급하는 DC버스를 더 포함하고,
상기 DC버스를 통해 정전압, 정전력, 정전류가 순차적으로 전달되는, 배터리 충방전장치.
According to claim 1,
It is connected to the charge/discharge regulator, the AC power device, and the energy storage device, and further includes a DC bus that supplies a direct current voltage,
A battery charging and discharging device in which constant voltage, constant power, and constant current are sequentially transmitted through the DC bus.
제 1 항에 있어서,
상기 교류전원장치는 정격전류값에 도달하기 전까지 정전압(CV)을 상기 충방전레귤레이터에 공급하고, 정격전류값을 초과하는 경우에는 최대전압값까지 정전력(CP)을 상기 충방전레귤레이터에 공급하는, 배터리 충방전장치.
According to claim 1,
The AC power supply supplies constant voltage (CV) to the charge/discharge regulator until it reaches the rated current value, and when it exceeds the rated current value, supplies constant power (CP) to the charge/discharge regulator up to the maximum voltage value. , battery charging and discharging device.
제 4 항에 있어서,
상기 에너지저장장치는 상기 교류전원장치가 정전력(CP)을 공급하는 경우에, 최대전압값을 초과하는 전압을 공급받아 에너지 저장하는, 배터리 충방전장치.
According to claim 4,
The energy storage device is a battery charging and discharging device that stores energy by receiving a voltage exceeding a maximum voltage value when the AC power supply supplies constant power (CP).
제 1 항에 있어서,
상기 교류전원장치의 정격전류값, 최대전류값, 최대전?陋た? 관한 정보를 저장하고, 상기 교류전원장치의 상태를 판단하는 마이크로프로세서유닛을 더 포함하는, 배터리 충방전장치.
According to claim 1,
The rated current value, maximum current value, and maximum current value of the AC power supply device? A battery charging and discharging device further comprising a microprocessor unit that stores related information and determines the state of the AC power device.
제 6 항에 있어서,
상기 마이크로프로세서유닛은 배터리 충전을 위한 출력전류-출력전압 맵 또는 배터리 방전을 위한 출력전류-출력전압 맵을 생성하고, 상기 교류전원장치의 동작을 제어하는, 배터리 충방전장치.
According to claim 6,
The microprocessor unit generates an output current-output voltage map for battery charging or an output current-output voltage map for battery discharging, and controls the operation of the AC power supply device.
제 6 항에 있어서,
상기 마이크로프로세서유닛은, 상기 교류전원장치가 정전력 동작을 수행하는 경우에, 이와 동시에 상기 에너지저장장치의 동작을 수행하는 제어신호를 생성하여 상기 에너지저장장치로 전달하는, 배터리 충방전장치.
According to claim 6,
The microprocessor unit, when the AC power device performs a constant power operation, simultaneously generates a control signal that performs the operation of the energy storage device and transmits it to the energy storage device.
제 1 항에 있어서,
상기 배터리는 충전을 수행하는 제1 그룹의 배터리; 및
상기 제1 그룹의 배터리 셀이 충전을 수행할 때 방전을 수행하는 제2 그룹의 배터리를 포함하는, 배터리 충방전장치.
According to claim 1,
The batteries include a first group of batteries that perform charging; and
A battery charging and discharging device comprising a second group of batteries that perform discharging when the first group of battery cells perform charging.
제 9 항에 있어서,
상기 충방전레귤레이터는, 상기 제1 그룹의 배터리 및 상기 제2 그룹의 배터리가 충방전되는 운전모드 타이밍 및 셀 안정화를 수행하는 대기모드 타이밍을 결정하는, 배터리 충방전장치.

According to clause 9,
The charge/discharge regulator determines a driving mode timing in which the first group of batteries and the second group of batteries are charged and discharged and a standby mode timing in which cell stabilization is performed.

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