WO2013147412A1 - 배터리 충전량 밸런싱 장치 및 배터리 충전량 밸런싱 시스템 - Google Patents

배터리 충전량 밸런싱 장치 및 배터리 충전량 밸런싱 시스템 Download PDF

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WO2013147412A1
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battery
power converter
closed loop
mode
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박종후
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숭실대학교산학협력단
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery charge balancing device and a battery charge balancing system, and more particularly, a technique for balancing a battery charge using a power converter is disclosed.
  • renewable energy sources such as solar cells do not use fossil fuels that are limited to the earth and are attracting attention as alternative energy today because they minimize environmental pollution.
  • the renewable energy source has a problem that it is difficult to supply stable power to the load because the voltage and current is unstable. Therefore, recently, a technology for securing the power output of a system by using an energy storage device such as a battery has been developed.
  • the conventional renewable power generation system has a structure in which power is supplied to a load by connecting a series power converter from a plurality of power sources.
  • a charge balance circuit balancing circuit
  • the problem to be solved by the present invention in storing the power generated from the energy source in the battery through the power converter, in the absence of a power generation or under special circumstances in a special situation without a separate balancing circuit using the power converter to balance the charge unbalance between the batteries This is for balancing.
  • the battery charge balancing device for measuring the charge amount of each of the plurality of batteries in which the power is stored through a plurality of power converters connected to a plurality of input power, and the plurality of power converter
  • a mode conversion parameter calculator for calculating a mode conversion parameter for determining a mode conversion to operate in a power conversion mode for converting power or a balancing mode for balancing the charge amount between the batteries, and the plurality of power converters according to the calculated mode conversion parameters.
  • a controller configured to control a power movement path of the power converter by switching a plurality of switches connected between the plurality of batteries.
  • adjacent batteries of the plurality of batteries may be connected in series.
  • the controller may be configured to operate in a power conversion mode in which the plurality of power converters convert power of the input power and store the power in the plurality of batteries when the calculated mode conversion parameter corresponds to a parameter of a power conversion mode. Can be.
  • the controller may be configured to connect a first battery of a first power converter and a second power converter when the calculated mode conversion parameter corresponds to a parameter of a balancing mode, and connect the second battery of the second power converter with the second battery.
  • the third power converter may be connected to operate in a balancing mode.
  • the control unit may control the first closed loop formed by connecting the first battery and the second converter and the second closed loop formed between the second power converter and the second battery.
  • the battery or the second battery may be charged or discharged.
  • the controller may further include a third closed loop formed by connecting the second battery and the third converter, and a fourth closed loop formed between the third power converter and the third battery.
  • the battery or the third battery may be charged or discharged.
  • At least one of the first closed loop, the second closed loop, the third closed loop, and the fourth closed loop may be controlled by a duty ratio control method or a frequency control method of the switch.
  • first power converter and the second power converter, or the second power converter and the third power converter may be sequentially formed repeatedly.
  • the mode conversion parameter calculator may calculate the mode conversion parameter based on at least one of a charge amount deviation between the plurality of batteries, a mode conversion time of the power converter, voltages, currents, temperatures, and frequency responses of the plurality of batteries. Can be.
  • a battery charge balancing system includes an input power supply unit including a plurality of input power sources, a power converter including a plurality of power converters for converting power input from the plurality of input power sources;
  • a power storage unit including a plurality of batteries in which converted power is stored, a switching unit including a plurality of switches for switching a connection between the power converter and the power storage unit, and a charge amount of each of the plurality of batteries is measured
  • a charge conversion measuring unit and a mode conversion parameter calculator configured to calculate a mode conversion parameter to determine a mode conversion so that the plurality of power converters operate in a power conversion mode for converting power or a balancing mode for balancing charges between the batteries; Switching the switching unit according to the calculated mode conversion parameter And a DC link that is connected in parallel to the battery charge-balancing device and both ends of the plurality of batteries connected together in series to a controller for controlling the movement path of the power converter.
  • the present invention in storing the power generated from the energy source in the battery through the power converter, it is possible to balance the charge imbalance between the batteries using the power converter without a separate balancing circuit.
  • the entire system can be miniaturized and system manufacturing costs can be reduced.
  • FIG. 1 is a block diagram of a battery charge balancing system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an equivalent circuit diagram illustrating balancing battery charge by using a bidirectional power converter among battery charge balance systems according to FIG. 1;
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a battery charge balancing system according to another embodiment of the present invention.
  • 4 and 5 are equivalent circuit diagrams for explaining balancing of battery charge by using a unidirectional power converter of the battery charge balancing system according to FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram of a battery charge balancing system according to an embodiment of the present invention.
  • the battery charge balancing system includes an input power supply unit 110, a power converter 120, a switching unit 130, a power storage unit 140, and a battery charge balancing device. 150 and DC link 160.
  • the input power supply unit 110 includes a plurality of input power sources 110a, 110b, 110c,..., 110n, and includes solar heat, photovoltaic power generation, biomass, wind power, hydropower, geothermal energy, marine energy, waste energy, and fuel. It is an energy source that generates electric power using batteries, coal liquefied gasification, hydrogen energy generation, and the like.
  • the solar cell module is a semiconductor device using silicon, and converts solar energy into electricity and becomes a negative (-) energy source of the solar cell power generation system. It has a nonlinear output characteristic of negative incremental impedance. Therefore, since the solar cell module has a nonlinear characteristic, maximum power following control is required.
  • the power converter 120 includes a plurality of power converters 120a, 120b, 120c,..., And 120n, and matches each of the plurality of input power sources 110a, 110b, 110c,..., 110n of the input power source 110. Is connected.
  • the power converter 120 converts the power input from the input power source 110.
  • the power converter 120 may use a bidirectional converter or a unidirectional converter.
  • Each power converter 120a, 120b, 120c,..., 120n of the power converter 120 basically includes a switch element and an inductor, an input terminal of which is connected to the input power source 110, and an output terminal of the power converter 120. 140).
  • each of the power converters (120a, 120b, 120c, ... , 120n) of the switching unit including a plurality of third switches (S 13, S 23, S 33, ..., S n3) ( 130 is connected to the upper battery of the plurality of batteries B 0 , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n included in the power storage 140.
  • the upper battery is named as a relative concept, when B O is set as the top battery and B n is set as the lowest battery, the top battery B O is the top battery of the first battery B 1 , The first battery B 1 becomes an upper battery of the second battery B 2 .
  • the first power converter 120a includes a first switch S 11 , a second switch S 12 , and a first inductor L 1 .
  • the first end of the first switch S 11 is connected to the first end of the first input power source 110a, and the second end of the first switch S 11 is connected to the first end of the first inductor L 1 . do.
  • the first end of the second switch S 12 is connected to the second end of the first switch S 11 , the first end of the first inductor L 1 , and the second end of the second switch S 12 .
  • the stage is connected to the second stage of the first input power source 110a and the second stage of the first battery B 1 .
  • a first end of the first inductor L 1 is connected to a second end of the first switch S 11 , a first end of the second switch S 12 , and a second end of the first inductor L 1 .
  • the stage is connected to the second stage of the uppermost battery B 0 , the first stage of the first battery B 1 , and the second stage of the third switch S 23 .
  • the lower power converters 120b, 120c,..., 120n of the first power converter 120a which are the highest power converters, also have a first switch S 11 , a second switch S 12 , and a first inductor L 1 . And a connection relationship between the elements is the same as that of the first power converter 120a.
  • each of the power converters 120a, 120b, 120c,..., 120n of the power converter 120 has a different power transmission path when operating in the power conversion mode and the balancing mode.
  • the power conversion mode is a mode in which the power converter 120 converts the power input from the input power supply unit 110 and stores the power in the power storage unit 140
  • the balancing mode is the power converter 120 and the power storage unit.
  • the 140 forms a closed loop, and refers to a mode for balancing the charge amount between the batteries B 0 , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n included in the power storage unit 140.
  • the switching unit 130 includes a plurality of third switches S 13 , S 23 , S 33 ,..., S n3 , and the switch may be implemented using devices such as MOSFETs, BJTs, and relays.
  • the switching unit 130 switches the power movement path according to the driving mode of the power converter 120. For example, when the power converter 120 is in the power conversion mode, the switching unit 130 is turned off and opened. When the power converter 120 is in the balancing mode, the switching unit 130 is turned on. ) And short circuit. When the switching unit 130 is turned on, the input power supply 110 may be turned off.
  • a plurality of third switch the third switch (S 13) which is connected to the first power converter (120a) of the (S 13, S 23, S 33, ..., S n3) included in the switch 130
  • the first stage of is connected to the first stage of the first input power supply (110a) and the first stage of the first switch (S 11 ) of the first power converter (120a), the second stage of the third switch (S 13 ) Is connected to the first end of the top battery B O.
  • a first end of the third switch S 23 connected to the second power converter 120b may include a first switch S 21 of the second input power supply 110b and a first switch S 21 of the second power converter 120b.
  • the switching unit 130 switches between the lower power converter and the battery of the upper power converter.
  • the power storage unit 140 includes a plurality of batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n , and the plurality of power converters 120a, 120b, 120c, of the power converter 120. ..., 120n) are respectively received and stored the converted power.
  • the plurality of batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n are connected in series with each other. Accordingly, the plurality of power converters 120a, 120b, 120c, ..., 120n operate as a series power converter.
  • capacitors are connected to the plurality of batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n , respectively, so that the plurality of batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n ) can prevent a large current ripple from occurring during charging and discharging.
  • the connection relationship between the power converter 120 and the power storage unit 140 is sequentially repeated.
  • the plurality of power converters 120a, 120b, 120c,..., 120n and the plurality of batteries B 0 , B 1 , and B 2 included in the power converter 120 and the power storage 140, respectively. , B 3 ,..., B n ) may be set differently according to the user's setting.
  • the uppermost battery B0 does not receive power from the power converter 120 when the power converter 120 operates in the power conversion mode, and lowers when the power converter 120 operates in the balancing mode. It can be connected to a power converter to be charged or discharged.
  • the upper power converter and the lower power converter is named as a relative concept, for example, the first power converter 120a is the upper power converter of the second power converter 120b, the third power converter 120c is It becomes a lower power converter of the second power converter 120b.
  • the third switch S 13 connected to the uppermost battery B 0 and the first power converter 120a has an optional configuration, and when not included, the plurality of power converters 120a, 120b, When 120c,..., 120n operate in the power conversion mode, the plurality of batteries B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n all operate to store the converted power in the power conversion unit 120. do.
  • the third switch S 13 connected to the uppermost battery B 0 and the first power converter 120a may be configured. The same operation as in the case of inclusion is possible.
  • the uppermost battery B 0 does not need a separate charge / discharge control circuit, but the plurality of power converters 120a, When 120b, 120c, ..., 120n are configured as unidirectional converters, the highest battery B 0 and the lowest battery n-th battery B n can only be charged or discharged, and thus the highest battery B 0 and the lowest battery.
  • the n-th battery B n may be connected to a separate charge / discharge control circuit (not shown) for charging or discharging.
  • a plurality of power converters (120a, 120b, 120c, ... , 120n) if composed of a one-way converter, which is connected to the battery of the top battery (B 0) of the both ends and the n-th battery (B n) least significant battery
  • the power converter By configuring the power converter as a bidirectional power converter, it is possible to charge or discharge the top battery B 0 and the bottom battery n-th battery B n without connecting a separate charge / discharge control circuit.
  • the configuration of the plurality of power converters 120a, 120b, 120c,..., 120n constituting the power converter 120 included in the battery charge balancing system may be configured according to a user's setting. Can vary.
  • Each of the power converters 120a, 120b, 120c,..., 120n may include an additional switch in addition to the first switch S 11 , the second switch S 12 , and the first inductor L 1 . .
  • the battery charge balancing device 150 includes a charge measuring unit 151, a mode conversion parameter calculator 152, and a controller 153.
  • the charging amount measuring unit 151 measures the charging amount of each of the batteries B 0 , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n of the power storage unit 140.
  • power input from the plurality of input power sources 110a, 110b, 110c,..., And 110n includes a plurality of powers in the batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n .
  • the power converted by the converters 120a, 120b, 120c, ..., 120n is stored.
  • the input power supply unit 110 is a solar cell module
  • MPPT maximum power tracking
  • the maximum power following through is stored in the power storage unit 140. Accordingly, an imbalance may occur between charge amounts of power stored in each battery B 0 , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n of the power storage unit 140 according to the position, angle, etc. of the solar cell module. have.
  • the charge amount measuring unit 151 measures the power of each of the plurality of batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n connected in series at predetermined time intervals.
  • the power measurement cycle may be set relatively short during the day when there is a lot of sunshine, and the power measurement cycle may be set relatively long at night when there is little or little sunshine.
  • the charge amount measurer 151 outputs the measured charge amounts of the measured batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n to the mode conversion parameter calculator 152.
  • Mode conversion parameter calculator 152 Mode conversion parameters for determining the mode conversion so that the plurality of power converters 120a, 120b, 120c,..., 120n operate in a power conversion mode for converting power or a balancing mode for balancing charge amount between batteries.
  • the mode conversion parameter may be a voltage deviation between a plurality of batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n or a mode conversion of the plurality of power converters 120a, 120b, 120c,..., 120n. It may be set based on time, voltage, current, temperature, and frequency response of the batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n , but is not limited thereto.
  • the mode conversion parameter calculator 152 sets the power converter 120 to a mode conversion parameter operating in the power conversion mode because the solar cell is generated during the day. For example, since the solar cell does not generate power at night, it is possible to set the mode conversion parameter to operate the power converter 120 in the balancing mode. However, this setting may be set differently according to a user setting, and the mode conversion parameter may be set to operate the power converter 120 in a balancing mode even during a day when solar cells are generated.
  • the mode conversion parameter calculator 152 determines whether the voltage deviation between the plurality of batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n is out of a preset voltage deviation range.
  • the mode deviation parameter calculator 152 may set a voltage deviation allowable range in advance.
  • the mode conversion parameter calculator 152 may determine the voltage deviation based on the voltage average value of the entire power storage unit 140 input from the charge amount measuring unit 151.
  • the plurality of battery (B O, B 1, B 2, B 3, ..., B n) can also be determined by comparing based on the voltage variation range of the voltage variation between the respective pre-set.
  • the mode conversion parameter calculator 152 outputs a voltage deviation result between the plurality of batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n to the controller 153.
  • the control unit 153 converts the power of the input power source unit 110 to the power storage unit 140 based on the determination result of the mode conversion parameter calculated by the mode conversion parameter calculator 152 and stores the power in the power storage unit 140.
  • the switching unit 150 is controlled to operate in the conversion mode or the balancing mode for balancing the charge amount of the power storage unit 140 to switch the power movement path of the power conversion unit 120.
  • the plurality of third switches S 13 , S 23 , S 33 ,..., S n3 included in the switching unit 150 are turned off and balanced.
  • the third switch S 13 , S 23 , S 33 ,..., S n3 of the switching unit 150 may be turned on.
  • the power converter 120 operates in the balancing mode, inflow of power from the power converter 120 may be blocked by the input power supply 110.
  • diodes may be connected in series to the plurality of input power sources 110a, 110b, 110c,..., 110n of the input power source 110, respectively, and when the switching unit 150 is turned on, power is stored.
  • the reverse bias is applied to the diode by the charge amounts of the plurality of batteries B 0 , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n of the unit 140, and the input power supply unit 110 is turned off.
  • the controller 153 may individually control the plurality of third switches S 13 , S 23 , S 33 ,..., S n3 included in the switching unit 150. For example, when an unbalanced charge amount of B 0 , B 1 among the plurality of batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n occurs during the day, the corresponding power converter 120a It is also possible to balance the charge amount of B 0 , B 1 by controlling only the and third switch S 13 .
  • the controller 153 may operate the plurality of third switches S 13 , S 23 , S 33 ,..., S n3 included in the switching unit 150.
  • the inductors L 1 , L 2 , L 3 ,..., L n of the power converters 120a, 120b, 120c,..., 120n, and the third switches S 13 , S 23 , of the switching unit 150 may operate the plurality of third switches S 13 , S 23 , S 33 ,..., S n3 included in the switching unit 150.
  • the upper batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n-1 and the lower batteries B 1 , B 2 , B 3 controlled through the first closed loop and the second closed loop. ,..., B n ) are charged or discharged complementarily.
  • the first closed loop and the second closed loop are complementary.
  • the first closed loop discharges the first battery B 1
  • the second closed loop charges the second battery B 2 with electric power discharged from the first battery B 1 .
  • the first closed loop is a closed loop in which the power converter 120 is connected to the power storage unit 140 while being converted from the power conversion mode to the balancing mode
  • the second closed loop is the power converter 120.
  • the closed loop is connected to the power storage unit 140 regardless of the conversion mode or the balancing mode.
  • a closed loop formed between the first power converter 120a and the uppermost battery B 0 may be a first closed loop, and a closed loop formed between the first power converter 120a and the first battery B 1 may be used.
  • the closed loop formed between the second power converter 120b and the first battery B 1 may include the third closed loop, the second power converter 120b and the second battery B.
  • the closed loop formed between 2 ) is set as the fourth closed loop. The name of such a closed loop can be changed to a relative concept.
  • the DC link 160 is connected in parallel to both ends of the plurality of batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n connected in series with each other.
  • the DC link 160 is a connection point for supplying a DC charge amount to a rear end, and an inverter (not shown) for supplying an AC charge amount to a load end (not shown) may be connected or various DC converters for a DC load may be connected. have.
  • FIG. 2 is an equivalent circuit diagram illustrating balancing of battery charge by using a bidirectional power converter in the battery charge balancing system of FIG. 1.
  • FIG. 2 an operation in a balancing mode of a battery charge balancing system including three power converters 221, 222, and 223 and four batteries B O , B 1 , B 2 , and B 3 is illustrated.
  • the uppermost battery B 0 to the third battery B 3 are connected in series, and each of the power converters 221, 222, and 223 is a third switch S 13 , S 23 , S 33 of the switching unit. Through is connected with the battery of the upper power converter.
  • the first end of the first inductor L 1 of the first power converter 221 is connected to the first end of the third switch S 13 , and the second end of the third switch S 13 is The first end of the top battery B 0 is connected, and the second end of the top battery B 0 is connected to the second end of the first inductor L 1 to form a closed loop.
  • the first inductor first terminal of the second switch the first and end and connected, a second switch
  • the second stage comprises a first battery (B 1) of the (S 12) of the (S 12) of the (L 1)
  • the first stage of the first battery B 1 is connected to the second stage and is connected to the second stage of the first inductor L 1 to form a closed loop.
  • the first end of the second inductor L 2 of the second power converter 222 is connected to the first end of the third switch S 23 , and the second end of the third switch S 23 is the first end. It connects a first end of the battery (B 1), a first and a second terminal of the battery (B 1) forms a second end connected to a first closed loop (1) of the second inductor (L 2).
  • the second inductor (L 2) the first end of the second switch (S 22) a first and end and are connected
  • the second switch (S 22) the second end of the second battery (B 2) of the It is connected to the second stage
  • the first end of the second battery (B 2 ) is connected to the second end of the second inductor (L 2 ) to form a second closed loop (2).
  • one closed loop set 224 is formed.
  • the first end of the third inductor L 3 of the second power converter 223 is connected to the first end of the third switch S 33 , and the second end of the third switch S 33 is the second end.
  • the first end of the battery B 2 is connected, and the second end of the second battery B 2 is connected to the second end of the third inductor L 3 to form a third closed loop 3.
  • the third inductor first terminal of the second switch the first and end and are connected, the second switch (S 32) and a second terminal of the third battery (B 3) of the (S 32) of the (L 3) It is connected to the second stage, the first end of the third battery (B 3 ) is connected to the second end of the third inductor (L 3 ) to form a fourth closed loop (4).
  • one closed loop set 225 is formed.
  • the first closed loop 1 discharges the first battery B 1 to store the discharged power in the second inductor L 2 . Let's do it.
  • the second switch S 22 when the second switch S 22 is on, the second closed loop 2 charges the second battery B 2 with the power stored in the second inductor L 2 . As such, the first closed loop 1 and the second closed loop 2 have complementary power flows.
  • the third closed loop 3 charges the second battery B 2 with the power stored in the third inductor L 3 .
  • the fourth closed loop 4 discharges the third battery B 3 to store the discharged power in the third inductor L 3 .
  • the third closed loop 3 and the fourth closed loop 4 have complementary power flows.
  • the duty ratio or frequency of such a switch may be set differently according to the user's setting.
  • the closed loop set 224 of the first closed loop 1 and the second closed loop 2 and the closed loop set 225 of the third closed loop 3 and the fourth closed loop 4 are separately provided. Can be controlled. For example, when the charge amount between the second battery B 2 and the third battery B 3 is unbalanced, the closed loop set 225 of the third closed loop 3 and the fourth closed loop 4 is controlled. To balance the charge amount, and when the charge amount between the second battery B 2 and the first battery B 1 is unbalanced, the closed loop set of the first closed loop 1 and the second closed loop 2 224) to balance the charge amount. Accordingly, the charging amount is balanced in order from the third battery B 3 to the highest battery B 0 . If the closed-loop power flow shown in FIG. 2 is reversed, the charging amount may be balanced in order from the top battery B 0 to the third battery B 3 .
  • FIG. 3 is a block diagram of a battery charge balancing system according to another embodiment of the present invention.
  • the battery charge balancing system of FIG. 3 includes an input power supply unit 310 including a plurality of input power supplies 310a, 310b, 310c,..., 310n, and a plurality of power converters 320a, 320b, 320c, ..., the power converter 320 including the 320n, the switching unit 330 including a plurality of switches (S 13 , S 23 , S 33 , ..., S n3 ), and the power converter 320
  • the power storage unit 340 includes a plurality of batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n storing the converted power, and the switching unit 330 to control the power conversion unit ( Charge balance device 350 for controlling the 320 to operate in a power conversion mode or a balancing mode, and a DC link 360 that is a connection point for supplying a direct current charge amount to the rear end.
  • the battery charge balancing system of FIG. 3 illustrates a case where the plurality of power converters 320a, 320b, 320c,..., 320n of the power converter 320 are unidirectional converters, and the plurality of power converters 320a, 320b, 320c, ..., 320n are inductors L 1 , L 2 , L 3 , ... L n , switches S 12 , S 22 , S 32 , ..., S n2 , diodes D 1 , D 2 , D 3 ,. D n ).
  • the charging amount balancing device 350 includes a charging amount measuring unit 351, a mode conversion parameter calculating unit 352, and a control unit 353, and the basic operation thereof is the same as the charging amount balancing device 150 of FIG. 1.
  • the controller 353 turns off the plurality of switches S 13 , S 23 , S 33 ,..., S n3 included in the switching unit 330 when the power converter 320 operates in the power conversion mode. It is turned on when operating in balancing mode.
  • the first end of the inductor L 1 of the first power converter 320a is connected to the first end of the first input power supply 310a, and the second end of the inductor L 1 is the first end of the switch S12. And a first end of the first diode D 1 .
  • the first diode (D 1) the second stage and the first connecting end of the top battery (B O), and a second terminal of the top battery (B O) is the first end connection of the first battery (B 1) of do.
  • a second stage of the first battery B 1 may include a second stage of the switch S 12 , a first stage of the second battery B 2 , and a third switch S 23 of the switching unit 330. It is connected with the first stage of.
  • the plurality of third switches S 13 , S 23 , S 33 ,..., And S n3 included in the switching unit 330 may include input terminals and a plurality of power converters 320a, 320b, 320c,..., 320n.
  • the amount of charge between the plurality of batteries B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n by switching the contacts between the batters B O , B 1 , B 2 , B 3 ,..., B n Can be balanced.
  • the switch S n3 connected to the lowest battery B n and the n th power converter 320n has an optional configuration.
  • the switch S n3 does not include the plurality of power converters 320a, 320b, 320c
  • the plurality of batteries B 1 , B 2 , B 3 , ..., B n-1 all operate to store the converted power in the power conversion unit 320.
  • the plurality of power converters 320a, 320b, 320c,..., 320n operate in a balancing mode
  • a switch S n3 connected to the lowest battery B n and the n th power converter 320n is included. The same operation as in the case is possible.
  • 4 and 5 are equivalent circuit diagrams for explaining balancing of battery charge by using a unidirectional power converter of the battery charge balancing system according to FIG.
  • FIG. 4 illustrates an operation in a balancing mode of a battery charge balancing system consisting of three power converters 421, 422, 423 and four batteries B O , B 1 , B 2 , and B 3 , similar to FIG. 2 .
  • the uppermost battery B 0 to the third battery B 3 are connected in series, and each of the power converters 421, 422, and 423 is connected to the upper battery, and the connection relationship thereof is the same as in FIG. 2. .
  • connection between the power converters 421, 422, 423 and the batteries B O , B 1 , B 2 , and B 3 which are newly connected in the balancing mode, may be switched (S 12 , S 13 , S 22 , S 23 , S). 32 , S 33 ) or via diodes D 1 , D 2 , D 3 .
  • FIG. 4 illustrates setting the direction of power movement upward by discharging the lower battery by using the unidirectional power converters 421, 422, and 423 to charge the upper battery.
  • each closed loop set 424, 425 may operate separately.
  • the third battery B 3 of the third power converter 423 is discharged through the fourth loop 4, and the second battery B 2 is charged through the third loop 3.
  • the second battery B 2 is discharged through the second loop 2, and the first battery B 1 is charged through the first loop 1. In this manner, it is possible to charge up to the top battery B 0 .
  • the one-way power converter (421, 422, 423) the top-level battery (B 0) of the battery (B 0, B 3) which is located in both ends of the case of using is possible only charged, the third battery lowest battery (B 3 ) Can only be discharged. Therefore, a separate charge / discharge circuit (not shown) is added between the top battery B O and the third battery B 3 to configure charge and discharge complementaryly between the batteries B O and B 3 . It is possible.
  • the power converters connected to the uppermost battery B 0 as the batteries at both ends and the nth battery B n as the lowest battery are bidirectional.
  • the power converter it is possible to charge or discharge the top battery B 0 and the third battery B 3 , which is the lowest battery, without connecting a separate charge / discharge control circuit.
  • FIG. 5 illustrates another topology of the battery charge balancing system including three power converters 521, 522, and 523 and four batteries B O , B 1 , B 2 , and B 3 , similar to FIG. 2 .
  • the method controls the closed loop including the diodes D 1 , D 2 , and D 3 as shown in FIG. 4 to charge the battery connected thereto and the closed loop including the switches S 13 , S 23 , and S 33 . Control and discharge the battery connected to it.
  • each closed loop set 524, 525 may operate separately.
  • the top battery (B 0) of the battery (B 0, B 3) which is located in both ends of the case of using the one-way power converter, and can only be discharged, a third battery (B 3) lowermost battery is only possible charge. Therefore, a separate charge / discharge circuit (not shown) is added between the uppermost battery B O and the third battery B 3 to configure charge and discharge complementaryly between the two batteries B O and B 3 . It is possible.
  • the present invention in storing the power generated from the energy source in the battery through the power converter, it is possible to balance the charge imbalance between the batteries by using the power converter without a separate balancing circuit.
  • the entire system can be miniaturized and system manufacturing costs can be reduced.

Abstract

본 발명은 배터리 충전량 밸런싱 장치 및 배터리 충전량 밸런싱 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전량 밸런싱 장치는, 복수의 입력 전원과 연결된 복수의 전력 변환기를 통해 전력이 저장되는 복수의 배터리 각각의 충전량을 측정하는 충전량 측정부와, 상기 복수의 전력 변환기가 전력을 변환하는 전력 변환 모드 또는 상기 배터리 간의 충전량을 밸런싱하는 밸런싱 모드로 동작하도록 모드 변환을 결정하는 모드 변환 파라미터를 연산하는 모드 변환 파라미터 연산부와, 상기 연산된 모드 변환 파라미터에 따라 상기 복수의 전력 변환기와 상기 복수의 배터리 간에 연결된 복수의 스위치를 스위칭하여 상기 전력 변환기의 전력 이동 경로를 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 에너지원으로부터 생산되는 전력을 전력 변환기를 통해 배터리에 저장함에 있어서, 별도의 밸런싱 회로 없이도 전력 변환기를 이용하여 배터리 간의 충전량 불균형을 밸런싱할 수 있다.

Description

배터리 충전량 밸런싱 장치 및 배터리 충전량 밸런싱 시스템
본 발명은 배터리 충전량 밸런싱 장치 및 배터리 충전량 밸런싱 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 변환기를 이용하여 배터리 충전량을 밸런싱하는 기술이 개시된다.
태양전지를 비롯한 신재생 에너지원은 지구에 한정적으로 존재하는 화석연료를 사용하지 않으며, 환경오염을 최소화한다는 점에서 오늘날 대체 에너지로 주목받고 있다. 그러나, 신재생 에너지원은 전압과 전류가 불안정하므로 부하로 안정된 전력을 공급하기 어려운 문제가 있다. 따라서, 최근에는 배터리와 같은 에너지 저장장치를 이용하여 시스템의 전력 출력을 안전화시키는 기술이 개발되고 있다.
종래의 신재생 발전 시스템은 복수의 전원으로부터 직렬형 전력변환기를 연결하여 전력을 부하로 공급하는 구조를 가지고 있다. 그러나, 각 입력 전원이 독립적으로 구성되어 있기 때문에 배터리 충전량에 편차가 생길 수 있다. 이러한 배터리 간의 충전량 편차를 방지하기 위해 전력 변환기와 별도로 충전 균형 회로(밸런싱 회로)를 이용하게 된다.
배터리 충전량을 밸런싱하는 방법으로, 저항에 의해서 전력을 소모하면서 밸런싱하는 방법이 있으나 효율이 낮다는 문제점이 있으며, 인덕터를 이용하여 밸런싱하는 방법은 효율을 높일 수 있으나, 배터리마다 추가적인 전력 조절기가 연결되어야 하므로 시스템을 구성하는데 비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1063057호(2011. 08. 31)에 기재되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 에너지원으로부터 생산되는 전력을 전력 변환기를 통해 배터리에 저장함에 있어서, 전력 생산이 없는 시간이나 특수한 상황에서 별도의 밸런싱 회로 없이 전력 변환기를 이용하여 배터리 간의 충전량 불균형을 밸런싱하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전량 밸런싱 장치는, 복수의 입력 전원과 연결된 복수의 전력 변환기를 통해 전력이 저장되는 복수의 배터리 각각의 충전량을 측정하는 충전량 측정부와, 상기 복수의 전력 변환기가 전력을 변환하는 전력 변환 모드 또는 상기 배터리 간의 충전량을 밸런싱하는 밸런싱 모드로 동작하도록 모드 변환을 결정하는 모드 변환 파라미터를 연산하는 모드 변환 파라미터 연산부와, 상기 연산된 모드 변환 파라미터에 따라 상기 복수의 전력 변환기와 상기 복수의 배터리 간에 연결된 복수의 스위치를 스위칭하여 상기 전력 변환기의 전력 이동 경로를 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 복수의 배터리 중 인접하는 배터리 간에는 직렬 연결될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 연산된 모드 변환 파라미터가 전력 변환 모드의 파라미터에 해당하는 경우, 상기 복수의 전력 변환기가 상기 입력 전원의 전력을 변환하여 상기 복수의 배터리에 저장하는 전력 변환 모드로 동작시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 상기 연산된 모드 변환 파라미터가 밸런싱 모드의 파라미터에 해당하는 경우, 제1 전력 변환기의 제1 배터리와 제2 전력 변환기를 연결하고, 상기 제2 전력 변환기의 제2 배터리와 제3 전력 변환기를 연결하여 밸런싱 모드로 동작시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 배터리와 상기 제2 변환기가 연결되어 형성되는 제1 폐루프와, 상기 제2 전력 변환기와 상기 제2 배터리 간에 형성되는 제2 폐루프를 제어하여, 상기 제1 배터리 또는 상기 제2 배터리를 충전 또는 방전시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제2 배터리와 상기 제3 변환기가 연결되어 형성되는 제3 폐루프와, 상기 제3 전력 변환기와 상기 제3 배터리 간에 형성되는 제4 폐루프를 제어하여, 상기 제2 배터리 또는 상기 제3 배터리를 충전 또는 방전시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 폐루프, 제2 폐루프, 제3 폐루프, 제4 폐루프 중 적어도 하나는 스위치의 듀티비 제어 방식 또는 주파수 제어 방식으로 제어될 수 있다.
또한, 상기 제1 전력 변환기 및 상기 제2 전력 변환기, 또는 상기 제2 전력 변환기 및 상기 제3 전력 변환기는 순차적으로 반복되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 전력 변환기가 밸런싱 모드로 동작하는 경우 상기 입력 전원으로부터의 전력이 차단될 수 있다.
또한, 상기 모드 변환 파라미터 연산부는, 상기 복수의 배터리 간의 충전량편차, 상기 전력 변환기의 모드 변환 시간, 복수의 배터리의 전압, 전류, 온도, 주파수 응답 중 적어도 하나를 기준으로 상기 모드 변환 파라미터를 연산할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 충전량 밸런싱 시스템은, 복수의 입력 전원을 포함하는 입력 전원부와, 상기 복수의 입력 전원으로부터 입력된 전력을 변환하는 복수의 전력 변환기를 포함하는 전력 변환부와, 변환된 전력이 저장되는 복수의 배터리를 포함하는 전력 저장부와, 상기 전력 변환부와 상기 전력 저장부 간의 연결을 스위칭하는 복수의 스위치를 포함하는 스위칭부와, 상기 복수의 배터리 각각의 충전량을 측정하는 충전량 측정부와, 상기 복수의 전력 변환기가 전력을 변환하는 전력 변환 모드 또는 상기 배터리 간의 충전량을 밸런싱하는 밸런싱 모드로 동작하도록 모드 변환을 결정하는 모드 변환 파라미터를 연산하는 모드 변환 파라미터 연산부와, 상기 연산된 모드 변환 파라미터에 따라 상기 스위칭부를 스위칭하여 상기 전력 변환기의 전력 이동 경로를 제어하는 제어부를 포함하는 배터리 충전량 밸런싱 장치와, 서로 직렬로 연결된 상기 복수의 배터리의 양 끝단에 병렬로 연결되는 DC 링크를 포함한다.
본 발명에 따르면, 에너지원으로부터 생산되는 전력을 전력 변환기를 통해 배터리에 저장함에 있어서, 별도의 밸런싱 회로 없이도 전력 변환기를 이용하여 배터리 간의 충전량 불균형을 밸런싱할 수 있다. 또한, 전력 변환기로 배터리 충전량을 밸런싱함으로써 전체 시스템을 소형화할 수 있으며, 시스템 제작 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전량 밸런싱 시스템의 구성도,
도 2는 도 1에 따른 배터리 충전량 밸런싱 시스템 중 양방향 전력 변환기를 이용하여 배터리 충전량을 밸런싱하는 것을 설명하기 위한 등가 회로도,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 충전량 밸런싱 시스템의 구성도,
도 4, 도 5는 도 3에 따른 배터리 충전량 밸런싱 시스템 중 단방향 전력 변환기를 이용하여 배터리 충전량을 밸런싱하는 것을 설명하기 위한 등가 회로도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전량 밸런싱 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전량 밸런싱 시스템은, 입력 전원부(110), 전력 변환부(120), 스위칭부(130), 전력 저장부(140), 배터리 충전량 밸런싱 장치(150) 및 DC 링크(160)를 포함한다.
입력 전원부(110)는 복수의 입력 전원(110a, 110b, 110c, …, 110n)을 포함하고, 태양열, 태양광발전, 바이오매스(biomass), 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지와 연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지 발전 등을 이용하여 전력을 생성하는 에너지원이다. 예를 들어, 복수의 태양전지 모듈을 입력 전원부(110)로 사용하는 경우, 태양전지 모듈은 실리콘을 이용한 반도체 소자이며, 태양 에너지를 전기로 변환하여 태양전지 발전 시스템의 에너지 공급원으로써 음(-) 증가 임피던스(negative incremental impedance)의 비선형 출력 특성을 가진다. 따라서 태양전지 모듈은 비선형적인 특성을 가지기 때문에 최대전력 추종제어가 필요하게 된다.
전력 변환부(120)는 복수의 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)를 포함하며, 입력 전원부(110)의 복수의 입력 전원(110a, 110b, 110c, …, 110n) 각각에 매칭되어 연결된다. 전력 변환부(120)는 입력 전원부(110)로부터 입력된 전력을 변환한다. 전력 변환부(120)는 양방향 컨버터 또는 단방향 컨버터를 이용할 수 있다. 전력 변환부(120)의 각 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)는 기본적으로 스위치 소자와 인덕터를 포함하며, 그 입력단이 입력 전원부(110)와 연결되고, 출력단이 전력 저장부(140)와 연결된다.
또한, 전력 변환부(120)의 각 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)는 복수의 제3 스위치(S13, S23, S33, …, Sn3)를 포함하는 스위칭부(130)를 통해 전력 저장부(140)에 포함된 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn) 중 상위 배터리와 연결된다. 여기서, 상위 배터리는 상대적인 개념으로 명명한 것으로, BO를 최상위 배터리로 설정하고 Bn을 최하위 배터리로 설정한 경우에, 최상위 배터리(BO)는 제1 배터리(B1)의 상위 배터리이고, 제1 배터리(B1)는 제2 배터리(B2)의 상위 배터리가 된다.
예를 들어, 제1 전력 변환기(120a)는 제1 스위치(S11), 제2 스위치(S12), 제1 인덕터(L1)를 포함한다. 제1 스위치(S11)의 제1 단은 제1 입력 전원(110a)의 제1 단과 연결되고, 제1 스위치(S11)의 제2 단은 제1 인덕터(L1)의 제1 단과 연결된다. 또한, 제2 스위치(S12)의 제1 단은 제1 스위치(S11)의 제2 단, 제1 인덕터(L1)의 제1 단과 연결되고, 제2 스위치(S12)의 제2 단은 제1 입력 전원(110a)의 제2 단 및 제1 배터리(B1)의 제2 단과 연결된다. 또한, 제1 인덕터(L1)의 제1 단은 제1 스위치(S11)의 제2 단, 제2 스위치(S12)의 제1 단과 연결되고, 제1 인덕터(L1)의 제2 단은 최상위 배터리(B0)의 제2 단, 제1 배터리(B1)의 제1 단 및 제3 스위치(S23)의 제2 단과 연결된다.
한편, 최상위 전력 변환기인 제1 전력 변환기(120a)의 하위 전력 변환기(120b, 120c, …, 120n)도 제1 스위치(S11), 제2 스위치(S12) 및 제1 인덕터(L1)에 대응하는 구성을 포함하며, 각 구성 간의 연결 관계는 제1 전력 변환기(120a)와 동일하다.
또한, 전력 변환부(120)의 각 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)는 전력 변환 모드와 밸런싱 모드로 동작하는 경우에 전력 전달 경로가 달리 설정된다. 여기서, 전력 변환 모드는 전력 변환부(120)가 입력 전원부(110)로부터 입력된 전력을 변환하여 전력 저장부(140)에 저장하는 모드이고, 밸런싱 모드는 전력 변환부(120)와 전력 저장부(140)가 폐루프를 형성하여 전력 저장부(140)에 포함되는 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn) 간의 충전량을 밸런싱 하는 모드를 말한다.
스위칭부(130)는 복수의 제3 스위치(S13, S23, S33, …, Sn3)를 포함하며, 이러한 스위치의 구성은 MOSFET, BJT, 릴레이 같은 소자를 이용하여 구현할 수 있다. 스위칭부(130)는 전력 변환부(120)의 구동 모드에 따라 전력 이동 경로를 스위칭한다. 예를 들어, 전력 변환부(120)가 전력 변환 모드인 경우 스위칭부(130)는 오프(off)되어 개방되고, 전력 변환부(120)가 밸런싱 모드인 경우 스위칭부(130)는 온(on)되어 단락된다. 스위칭부(130)가 온(on)되는 경우 입력 전원부(110)는 오프(off)될 수 있다.
예를 들어, 스위칭부(130)에 포함되는 복수의 제3 스위치(S13, S23, S33, …, Sn3) 중 제1 전력 변환기(120a)와 연결되는 제3 스위치(S13)의 제1 단은 제1 입력 전원(110a)의 제1 단 및 제1 전력 변환기(120a)의 제1 스위치(S11)의 제1 단과 연결되고, 제3 스위치(S13)의 제2 단은 최상위 배터리(BO)의 제1 단과 연결된다. 또한, 제2 전력 변환기(120b)와 연결되는 제3 스위치(S23)의 제1 단은 제2 입력 전원(110b)의 제1 단 및 제2 전력 변환기(120b)의 제1 스위치(S21)의 제1 단과 연결되고, 제3 스위치(S23)의 제2 단은 최상위 배터리(BO)의 제2 단 및 제1 배터리(B1)의 제1 단과 연결된다. 이와 같은 방식으로, 스위칭부(130)는 하위 전력 변환기와 상위 전력 변환기의 배터리를 스위칭 연결한다.
전력 저장부(140)는 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn)를 포함하며, 전력 변환부(120)의 복수의 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)와 각각 연결되어 변환된 전력을 입력받아 저장한다. 또한, 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn)는 서로 직렬로 연결된다. 따라서, 복수의 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)는 직렬형 전력 변환기로 동작하게 된다. 또한, 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn)에는 캐패시터(도시하지 않음)가 각각 병렬로 연결되어 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn)가 충방전시 전류 리플이 크게 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 전력 변환부(120)와 전력 저장부(140) 간의 연결 관계는 순차적으로 반복되어 형성된다. 배터리 충전량 밸런싱 시스템에서 전력 변환부(120)와 전력 저장부(140) 각각에 포함되는 복수의 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)와 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn)의 개수는 사용자의 설정에 따라 달리 설정될 수 있다.
또한, 최상위 배터리(B0)는 전력 변환부(120)가 전력 변환 모드로 동작하는 경우에 전력 변환기(120)로부터 전력을 입력받지 않으며, 전력 변환부(120)가 밸런싱 모드로 동작하는 경우에 하위 전력 변환기와 연결되어 충전 또는 방전될 수 있다. 여기서, 상위 전력 변환기와 하위 전력 변환기는 서로 상대적인 개념으로 명명된 것으로, 예를 들어 제1 전력 변환기(120a)는 제2 전력 변환기(120b)의 상위 전력 변환기이고, 제3 전력 변환기(120c)는 제2 전력 변환기(120b)의 하위 전력 변환기가 된다.
한편, 도 1에서 최상위 배터리(B0) 및 제1 전력 변환기(120a)와 연결되는 제3 스위치(S13)는 선택적인 구성이며, 이를 포함하지 않는 경우에는 복수의 전력 변환기(120a , 120b, 120c, …, 120n)가 전력 변환 모드로 동작하는 경우, 복수의 배터리(B1, B2, B3, …, Bn)는 모두 전력 변환부(120)에서 변환된 전력을 저장하도록 동작하게 된다. 또한, 복수의 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)가 밸런싱 모드로 동작하는 경우에는 최상위 배터리(B0) 및 제1 전력 변환기(120a)와 연결되는 제3 스위치(S13)가 포함되는 경우와 동일한 동작이 가능하다.
또한, 복수의 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)가 양방향 컨버터로 구성되는 경우에는 최상위 배터리(B0)는 별도의 충방전 제어 회로가 필요하지 않으나, 복수의 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)가 단방향 컨버터로 구성되는 경우에는 최상위 배터리(B0)와 최하위 배터리인 제n 배터리(Bn)는 충전 또는 방전만 가능하므로, 최상위 배터리(B0)와 최하위 배터리인 제n 배터리(Bn)는 충전 또는 방전을 위해 별도의 충방전 제어 회로(도시하지 않음)와 연결될 수 있다.
또한, 복수의 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)가 단방향 컨버터로 구성되는 경우에는 양 끝단의 배터리인 최상위 배터리(B0)와 최하위 배터리인 제n 배터리(Bn)에 연결되는 전력 변환기를 양방향 전력 변환기로 구성함으로써 별도의 충방전 제어 회로를 연결하지 않고도 최상위 배터리(B0)와 최하위 배터리인 제n 배터리(Bn)를 충전 또는 방전하는 것이 가능하다.
이와 같은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 충전량 밸런싱 시스템에 포함되는 전력 변환부(120)를 구성하는 복수의 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)의 구성은 사용자의 설정에 따라 달라질 수 있다. 각각의 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)는 제1 스위치(S11), 제2 스위치(S12), 제1 인덕터(L1) 외에 추가적인 스위치를 포함하여 구성하는 것도 가능하다.
한편, 배터리 충전량 밸런싱 장치(150)는 충전량 측정부(151), 모드 변환 파라미터 연산부(152), 제어부(153)를 포함한다.
충전량 측정부(151)는 전력 저장부(140)의 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn) 각각의 충전량을 측정한다. 앞서 설명한 바와 같이, 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn)에는 복수의 입력 전원(110a, 110b, 110c, …, 110n)으로부터 입력된 전력이 복수의 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)를 통해 변환된 전력이 저장된다. 예를 들어, 입력 전원부(110)가 태양전지 모듈인 경우에는 낮과 밤 또는 여름과 겨울 또는 당일 날씨에 따라 일조량이 변동되며, 안정적인 전력을 공급하기 위해 최대전력추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT)을 통해 추종된 최대 전력이 전력 저장부(140)에 저장된다. 이에 따라, 태양전지 모듈의 위치, 각도 등에 따라 전력 저장부(140)의 각 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn)에 저장되는 전력의 충전량 간에 불균형이 발생할 수 있다.
또한, 충전량 측정부(151)는 직렬 연결된 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn)의 각각의 전력을 미리 설정된 시간 간격으로 측정한다. 예를 들어, 일조량이 많은 낮에는 전력 측정 주기를 상대적으로 짧게 설정할 수 있으며, 일조량이 적거나 거의 없는 밤에는 전력 측정 주기를 상대적으로 길게 설정할 수 있다. 충전량 측정부(151)는 측정된 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn)의 각 충전량을 모드 변환 파라미터 연산부(152)로 출력한다.
모드 변환 파라미터 연산부(152) 복수의 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)가 전력을 변환하는 전력 변환 모드 또는 배터리 간의 충전량을 밸런싱하는 밸런싱 모드로 동작하도록 모드 변환을 결정하는 모드 변환 파라미터를 연산한다. 이 경우, 모드 변환 파라미터는 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn) 간의 전압편차 또는 복수의 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)의 모드 변환 시간, 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn)의 전압, 전류, 온도, 주파수 응답을 기준으로 설정될 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
예를 들어, 모드 변환 파라미터 연산부(152)는 입력 전원부(110)가 태양전지 모듈인 경우에는 낮에는 태양전지가 발전하므로 전력 변환부(120)를 전력 변환 모드로 동작하는 모드 변환 파라미터로 설정하고, 밤에는 태양전지가 발전하지 않으므로 전력 변환부(120)를 밸런싱 모드로 동작하도록 모드 변환 파라미터를 설정하는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 설정은 사용자 설정에 따라 달리 설정될 수 있으며, 태양전지가 발전하는 낮에도 전력 변환부(120)를 밸런싱 모드로 동작하도록 모드 변환 파라미터를 설정할 수 있다.
예를 들어, 모드 변환 파라미터 연산부(152)는 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn) 간의 전압편차가 기 설정된 전압편차 범위를 벗어나는지 여부를 판단한다. 모드 변환 파라미터 연산부(152)에는 전압편차 허용 범위가 미리 설정될 수 있다. 또한, 모드 변환 파라미터 연산부(152)는 충전량 측정부(151)로부터 입력된 전력 저장부(140) 전체의 전압 평균값을 기준으로 전압편차를 판단할 수 있다. 또한, 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn) 간의 전압편차 각각을 기 설정된 전압편차 범위를 기준으로 비교하여 판단하는 것도 가능하다. 모드 변환 파라미터 연산부(152)는 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn) 간의 전압편차 결과를 제어부(153)로 출력한다.
제어부(153)는 모드 변환 파라미터 연산부(152)에서 연산된 모드 변환 파라미터의 판단 결과에 따라 입력 전원부(110)의 전력을 전력 변환부(120)가 변환하여 전력 저장부(140)에 저장하는 전력 변환 모드 또는 전력 저장부(140)의 충전량을 밸런싱하는 밸런싱 모드로 동작하도록 스위칭부(150)를 제어하여 전력 변환부(120)의 전력 이동 경로를 스위칭한다.
즉, 전력 변환부(120)가 전력 변환 모드인 경우 스위칭부(150)에 포함되는 복수의 제3 스위치(S13, S23, S33, …, Sn3)를 오프(off)시키고, 밸런싱 모드인 경우에는 스위칭부(150)의 제3 스위치(S13, S23, S33, …, Sn3)를 온(on)시킬 수 있다. 전력 변환부(120)가 밸런싱 모드로 동작하는 경우에는 입력 전원부(110)에서 전력 변환부(120)의 전력의 유입은 차단될 수 있다. 예를 들어, 입력 전원부(110)의 복수의 입력 전원(110a, 110b, 110c, …, 110n)에는 각각 다이오드가 직렬로 연결될 수 있으며, 스위칭부(150)가 온(on)되는 경우, 전력 저장부(140)의 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn) 충전량에 의해 다이오드에 역바이어스가 인가되어 입력 전원부(110)가 오프(off)된다.
또한, 제어부(153)는 스위칭부(150)에 포함되는 복수의 제3 스위치(S13, S23, S33, …, Sn3)를 개별적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 낮 동안에 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn) 중 B0, B1의 충전량이 불균형이 발생한 경우에는, 그에 대응하는 전력 변환기(120a)와 제3 스위치(S13)만을 제어하여 B0, B1의 충전량을 밸런싱하는 것도 가능하다.
또한, 제어부(153)는 전력 변환부(120)를 밸런싱 모드로 동작시키는 경우, 스위칭부(150)에 포함되는 복수의 제3 스위치(S13, S23, S33, …, Sn3)를 온(on)시킨다. 이 경우, 전력 변환기(120a, 120b, 120c, …, 120n)의 인덕터(L1, L2, L3, …, Ln), 스위칭부(150)의 제3 스위치(S13, S23, S33, …, Sn3) 및 상위 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn-1)가 연결되어 제1 폐루프를 형성하고, 인덕터(L1, L2, L3, …, Ln), 제2 스위치(S12, S22, S32, …, Sn2) 및 하위 배터리(B1, B2, B3, …, Bn)가 연결되어 제2 폐루프를 형성한다.
이 경우, 제1 폐루프와 제2 폐루프를 통해 제어되는 상위 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn-1)와 하위 배터리(B1, B2, B3, …, Bn)는 상보적(complementary)으로 충전 또는 방전된다. 예를 들어, 제1 폐루프의 제1 배터리(B1)의 충전량이 제2 폐루프의 제2 배터리(B2)의 충전량보다 높은 경우에는 제1 폐루프와 제2 폐루프를 상보적으로 제어하여 제1 폐루프는 제1 배터리(B1)를 방전시키고, 제2 폐루프는 제1 배터리(B1)로부터 방전된 전력으로 제2 배터리(B2)를 충전시킨다.
제1 폐루프는 전력 변환부(120)가 전력 변환 모드에서 밸런싱 모드로 변환되면서 전력 저장부(140)와 연결되어 새롭게 형성되는 폐루프이고, 제2 폐루프는 전력 변환부(120)가 전력 변환 모드 또는 밸런싱 모드에 관계없이 전력 저장부(140)와 연결되어 형성되는 폐루프이다. 앞에서는 편의상 제1 폐루프와 제2 폐루프 만을 설명하였으나, 이하에서는 제1 폐루프와 제2 폐루프를 각각 제3 폐루프와 제4 폐루프의 개념으로 확장하여 설명하도록 한다.
예를 들어, 제1 전력 변환기(120a)와 최상위 배터리(B0) 간에 형성되는 폐루프를 제1 폐루프라 하고, 제1 전력 변환기(120a)와 제1 배터리(B1) 간에 형성되는 폐루프를 제2 폐루프라고 설정하는 경우, 제2 전력 변환기(120b)와 제1 배터리(B1) 간에 형성되는 폐루프는 제3 폐루프, 제2 전력 변환기(120b)와 제2 배터리(B2) 간에 형성되는 폐루프는 제4 폐루프로 설정된다. 이러한 폐루프의 명칭은 상대적인 개념으로 변경될 수 있다.
한편, DC 링크(160)는 서로 직렬로 연결된 상기 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn)의 양 끝단에 병렬로 연결된다. DC 링크(160)는 후단에 직류 충전량을 공급하는 연결점으로서, 부하단(도시하지 않음)에 AC 충전량을 공급하기 위한 인버터(도시하지 않음)가 연결거나 DC 부하를 위한 다양한 직류 변환장치가 연결될 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 배터리 충전량 밸런싱 시스템 중 양방향 전력 변환기를 이용하여 배터리 충전량을 밸런싱하는 것을 설명하기 위한 등가 회로도이다.
도 2를 참조하면, 3개의 전력 변환기(221, 222, 223)와 4개의 배터리(BO, B1, B2, B3)로 구성되는 배터리 충전량 밸런싱 시스템의 밸런싱 모드에서의 동작을 나타낸다. 이 경우, 최상위 배터리(B0) 내지 제3 배터리(B3)는 직렬로 연결되며, 각각의 전력 변환기(221, 222, 223)는 스위칭부의 제3 스위치(S13, S23, S33)를 통해 상위 전력 변환기의 배터리와 연결된다.
예를 들어, 제1 전력 변환기(221)의 제1 인덕터(L1)의 제1 단은 제3 스위치(S13)의 제1 단과 연결되고, 제3 스위치(S13)의 제2 단은 최상위 배터리(B0)의 제1 단과 연결되고, 최상위 배터리(B0)의 제2 단은 제1 인덕터(L1)의 제2 단과 연결되어 폐루프를 형성한다. 또한, 제1 인덕터(L1)의 제1 단은 제2 스위치(S12)의 제1 단과도 연결되고, 제2 스위치(S12)의 제2 단은 제1 배터리(B1)의 제2 단과 연결되고, 제1 배터리(B1)의 제1 단은 제1 인덕터(L1)의 제2 단과 연결되어 폐루프를 형성한다.
한편, 제2 전력 변환기(222)의 제2 인덕터(L2)의 제1 단은 제3 스위치(S23)의 제1 단과 연결되고, 제3 스위치(S23)의 제2 단은 제1 배터리(B1)의 제1 단과 연결되고, 제1 배터리(B1)의 제2 단은 제2 인덕터(L2)의 제2 단과 연결되어 제1 폐루프(①)를 형성한다. 또한, 제2 인덕터(L2)의 제1 단은 제2 스위치(S22)의 제1 단과도 연결되고, 제2 스위치(S22)의 제2 단은 제2 배터리(B2)의 제2 단과 연결되고, 제2 배터리(B2)의 제1 단은 제2 인덕터(L2)의 제2 단과 연결되어 제2 폐루프(②)를 형성한다. 이에 따라, 하나의 폐루프 세트(224)가 형성된다.
한편, 제2 전력 변환기(223)의 제3 인덕터(L3)의 제1 단은 제3 스위치(S33)의 제1 단과 연결되고, 제3 스위치(S33)의 제2 단은 제2 배터리(B2)의 제1 단과 연결되고, 제2 배터리(B2)의 제2 단은 제3 인덕터(L3)의 제2 단과 연결되어 제3 폐루프(③)를 형성한다. 또한, 제3 인덕터(L3)의 제1 단은 제2 스위치(S32)의 제1 단과도 연결되고, 제2 스위치(S32)의 제2 단은 제3 배터리(B3)의 제2 단과 연결되고, 제3 배터리(B3)의 제1 단은 제3 인덕터(L3)의 제2 단과 연결되어 제4 폐루프(④)를 형성한다. 이에 따라, 하나의 폐루프 세트(225)가 형성된다.
도 2에서, 제1 폐루프(①)는 제3 스위치(S23)가 온(on)인 경우, 제1 배터리(B1)를 방전시켜 방전된 전력을 제2 인덕터(L2)에 저장시킨다. 또한, 제2 폐루프(②)는 제2 스위치(S22)가 온(on)인 경우, 제2 인덕터(L2)에 저장된 전력으로 제2 배터리(B2)를 충전시킨다. 이와 같이, 제1 폐루프(①)와 제2 폐루프(②)는 서로 상보적인 전력 흐름을 가진다.
또한, 제3 폐루프(③)는 제3 스위치(S33)가 온(on)인 경우, 제3 인덕터(L3)에 저장된 전력으로 제2 배터리(B2)를 충전시킨다. 또한, 제4 폐루프(④)는 제2 스위치(S32)가 온(on)인 경우, 제3 배터리(B3)를 방전시켜 방전된 전력을 제3 인덕터(L3)에 저장시킨다. 이와 같이, 제3 폐루프(③)와 제4 폐루프(④)는 서로 상보적인 전력 흐름을 가진다. 이러한 스위치의 듀티비 또는 주파수는 사용자의 설정에 따라 달리 설정될 수 있다.
또한, 제1 폐루프(①)와 제2 폐루프(②)의 폐루프 세트(224)와 제3 폐루프(③)와 제4 폐루프(④)의 폐루프 세트(225)는 별개로 제어될 수 있다. 예를 들어, 제2 배터리(B2)와 제3 배터리(B3) 간의 충전량이 불균형인 경우, 제3 폐루프(③)와 제4 폐루프(④)의 폐루프 세트(225)를 제어하여 충전량을 밸런싱 하고, 이후에 제2 배터리(B2)와 제1 배터리(B1) 간의 충전량이 불균형인 경우, 제1 폐루프(①)와 제2 폐루프(②)의 폐루프 세트(224)를 제어하여 충전량을 밸런싱 한다. 이에 따라, 제3 배터리(B3)로부터 최상위 배터리(B0) 순서로 충전량이 밸런싱 된다. 만약, 도 2에 나타낸 폐루프의 전력 흐름이 반대인 경우에는 최상위 배터리(B0)로부터 제3 배터리(B3) 순서로 충전량이 밸런싱 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 충전량 밸런싱 시스템의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 도 3의 배터리 충전량 밸런싱 시스템은 복수의 입력 전원(310a, 310b, 310c, …, 310n)을 포함하는 입력 전원부(310)와, 복수의 전력 변환기(320a, 320b, 320c, …, 320n)를 포함하는 전력 변환부(320)와, 복수의 스위치(S13, S23, S33, …, Sn3)를 포함하는 스위칭부(330)와, 전력 변환부(320)의 변환된 전력을 저장하는 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn)를 포함하는 전력 저장부(340)와, 스위칭부(330)를 제어하여 전력 변환부(320)를 전력 변환 모드 또는 밸런싱 모드로 동작하도록 제어하는 충전량 밸런싱 장치(350)와, 후단에 직류 충전량을 공급하는 연결점인 DC 링크(360)를 포함한다.
도 3의 배터리 충전량 밸런싱 시스템은 전력 변환부(320)의 복수의 전력 변환기(320a, 320b, 320c, …, 320n)가 단방향 컨버터인 경우를 나타낸 것으로, 복수의 전력 변환기(320a, 320b, 320c, …, 320n)는 인덕터(L1, L2, L3, … Ln), 스위치(S12, S22, S32, …, Sn2), 다이오드(D1, D2, D3, … Dn)를 포함한다.
또한, 충전량 밸런싱 장치(350)는 충전량 측정부(351), 모드 변환 파라미터 연산부(352) 및 제어부(353)를 포함하며, 그 기본적인 동작은 도 1의 충전량 밸런싱 장치(150)와 동일하다. 제어부(353)는 전력 변환부(320)를 전력 변환 모드로 동작시키는 경우 스위칭부(330)에 포함되는 복수의 스위치(S13, S23, S33, …, Sn3)를 오프(off) 시키고, 밸런싱 모드로 동작시키는 경우에는 온(on) 시킨다.
제1 전력 변환기(320a)의 인덕터(L1)의 제1 단은 제1 입력 전원(310a)의 제1 단과 연결되고, 인덕터(L1)의 제2 단은 스위치(S12)의 제1 단 및 제1 다이오드(D1)의 제1 단과 연결된다. 또한, 제1 다이오드(D1)의 제2 단은 최상위 배터리(BO)의 제1 단과 연결되고, 최상위 배터리(BO)의 제2 단은 제1 배터리(B1)의 제1 단과 연결된다. 또한, 제1 배터리(B1)의 제2 단은 스위치(S12)의 제2 단, 제2 배터리(B2)의 제1 단, 및 스위칭부(330)의 제3 스위치(S23)의 제1 단과 연결된다. 이와 같이 스위칭부(330)에 포함되는 복수의 제3 스위치(S13, S23, S33, …, Sn3)는 복수의 전력 변환기(320a, 320b, 320c, …, 320n)의 입력단과 복수의 배터(BO, B1, B2, B3, …, Bn) 간의 접점을 스위칭 연결함으로써 복수의 배터리(BO, B1, B2, B3, …, Bn) 간의 충전량을 밸런싱할 수 있다.
한편, 도 3에서 최하위 배터리(Bn) 및 제n 전력 변환기(320n)와 연결되는 스위치(Sn3)는 선택적인 구성이며, 이를 포함하지 않는 경우에는 복수의 전력 변환기(320a, 320b, 320c, …, 320n)가 전력 변환 모드로 동작하는 경우 복수의 배터리(B1, B2, B3, …, Bn-1)는 모두 전력 변환부(320)에서 변환된 전력을 저장하도록 동작하게 된다. 또한, 복수의 전력 변환기(320a, 320b, 320c, …, 320n)가 밸런싱 모드로 동작하는 경우에는 최하위 배터리(Bn) 및 제n 전력 변환기(320n)와 연결되는 스위치(Sn3)가 포함되는 경우와 동일한 동작이 가능하다.
도 4, 도 5는 도 3에 따른 배터리 충전량 밸런싱 시스템 중 단방향 전력 변환기를 이용하여 배터리 충전량을 밸런싱하는 것을 설명하기 위한 등가 회로도이다.
도 4는 도 2와 마찬가지로, 3개의 전력 변환기(421, 422, 423)와 4개의 배터리(BO, B1, B2, B3)로 구성되는 배터리 충전량 밸런싱 시스템의 밸런싱 모드에서의 동작을 나타낸다. 이 경우, 최상위 배터리(B0) 내지 제3 배터리(B3)는 직렬로 연결되며, 각각의 전력 변환기(421, 422, 423)는 상위 배터리와 연결되며, 그 연결 관계는 도 2와 동일하다. 다만, 밸런싱 모드에서 새로 연결되는 전력 변환기(421, 422, 423)와 배터리(BO, B1, B2, B3) 간의 연결은 스위치(S12, S13, S22, S23, S32, S33) 또는 다이오드(D1, D2, D3)를 통해 연결된다.
도 4는 단방향 전력 변환기(421, 422, 423)를 이용하여 하위 배터리를 방전시켜 상위 배터리를 충전시킴으로써, 전력 이동 방향을 상향으로 설정하는 것을 나타낸 것이다. 이 경우, 각각의 폐루프 세트(424, 425)는 별개로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제4 루프(④)를 통해 제3 전력 변환기(423)의 제3 배터리(B3)는 방전되고, 제3 루프(③)를 통해 제2 배터리(B2)는 충전된다. 다음으로, 제2 루프(②)를 통해 제2 배터리(B2)는 방전되고, 제1 루프(①)를 통해 제1 배터리(B1)는 충전된다. 이와 같은 방식으로, 최상위 배터리(B0)까지 충전시킬 수 있다.
또한, 단방향 전력 변환기(421, 422, 423)를 이용하는 경우 양 끝단에 위치하는 배터리(B0, B3) 중 최상위 배터리(B0)는 충전만 가능하며, 최하위 배터리인 제3 배터리(B3)는 방전만 가능하다. 따라서, 최상위 배터리(BO)와 제3 배터리(B3) 간에는 별도의 충방전 회로(도시하지 않음)을 추가하여 양 배터리(BO, B3) 간에 상보적으로 충방전을 제어하도록 구성하는 것이 가능하다.
또한, 복수의 전력 변환기(421, 422, 423)를 단방향 컨버터로 구성하는 경우에는 양 끝단의 배터리인 최상위 배터리(B0)와 최하위 배터리인 제n 배터리(Bn)에 연결되는 전력 변환기를 양방향 전력 변환기로 구성함으로써 별도의 충방전 제어 회로를 연결하지 않고도 최상위 배터리(B0)와 최하위 배터리인 제3 배터리(B3)를 충전 또는 방전하는 것이 가능하다.
한편, 도 5는 도 2와 마찬가지로, 3개의 전력 변환기(521, 522, 523)와 4개의 배터리(BO, B1, B2, B3)로 구성되는 배터리 충전량 밸런싱 시스템의 또 다른 토폴로지를 적용한 단방향 전력 변환기를 이용하여 상위 배터리를 방전시켜 하위 배터리를 충전시킴으로써, 전력 이동을 하향으로 설정하는 것을 나타낸 것이다. 그 방식은 도 4와 같이 다이오드(D1, D2, D3)가 포함된 폐루프를 제어하여 그와 연결된 배터리는 충전시키고, 스위치(S13, S23, S33)가 포함된 폐루프를 제어하여 그와 연결된 배터리는 방전시킨다. 예를 들어, 최상위 배터리(B0)를 방전시켜 제1 배터리(B1)를 충전시키고, 제1 배터리(B1)를 방전시켜 제2 배터리(B2)를 충전시키는 방식으로 제3 배터리(B3)를 충전시킨다. 이 경우, 각각의 폐루프 세트(524, 525)는 별개로 동작할 수 있다.
또한, 도 4와 비교하여 각 폐루프에 포함되는 스위치(S12, S22, S32)와 다이오드(D1, D2, D3)의 위치가 달라진다. 만약, 도 5의 다이오드(D1, D2, D3)의 방향이 반대로 설정되면, 도 4와 같이 전력 이동이 상향으로 설정될 수 있다.
또한, 단방향 전력 변환기를 이용하는 경우 양 끝단에 위치하는 배터리(B0, B3) 중 최상위 배터리(B0)는 방전만 가능하며, 최하위 배터리인 제3 배터리(B3)는 충전만 가능하다. 따라서, 최상위 배터리(BO)와 제3 배터리(B3) 간에는 별도의 충방전 회로(도시하지 않음)를 추가하여 양 배터리(BO, B3) 간에 상보적으로 충방전을 제어하도록 구성하는 것이 가능하다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 에너지원으로부터 생산되는 전력을 전력 변환기를 통해 배터리에 저장함에 있어서, 별도의 밸런싱 회로 없이도 전력 변환기를 이용하여 배터리 간의 충전량 불균형을 밸런싱할 수 있다. 또한, 전력 변환기로 배터리 충전량을 밸런싱함으로써 전체 시스템을 소형화할 수 있으며, 시스템 제작 비용을 절감할 수 있다.
이상에서 본 발명은 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 기재된 실시예로부터 도출 가능한 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위의 기재에 의해 해석되어져야 한다.

Claims (15)

  1. 복수의 입력 전원과 연결된 복수의 전력 변환기를 통해 전력이 저장되는 복수의 배터리 각각의 충전량을 측정하는 충전량 측정부;
    상기 복수의 전력 변환기가 전력을 변환하는 전력 변환 모드 또는 상기 배터리 간의 충전량을 밸런싱하는 밸런싱 모드로 동작하도록 모드 변환을 결정하는 모드 변환 파라미터를 연산하는 모드 변환 파라미터 연산부; 및
    상기 연산된 모드 변환 파라미터에 따라 상기 복수의 전력 변환기와 상기 복수의 배터리 간에 연결된 복수의 스위치를 스위칭하여 상기 전력 변환기의 전력 이동 경로를 제어하는 제어부를 포함하는 배터리 충전량 밸런싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 중 인접하는 배터리 간에는 직렬 연결되는 배터리 충전량 밸런싱 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환기가 밸런싱 모드로 동작하는 경우 상기 입력 전원으로부터의
    전력이 차단되는 배터리 충전량 밸런싱 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모드 변환 파라미터 연산부는,
    상기 복수의 배터리 간의 충전량편차, 상기 전력 변환기의 모드 변환 시간,
    복수의 배터리의 전압, 전류, 온도, 주파수 응답 중 적어도 하나를 기준으로 상기
    모드 변환 파라미터를 연산하는 배터리 충전량 밸런싱 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연산된 모드 변환 파라미터가 전력 변환 모드의 파라미터에 해당하는 경우, 상기 복수의 전력 변환기가 상기 입력 전원의 전력을 변환하여 상기 복수의 배터리에 저장하는 전력 변환 모드로 동작시키는 배터리 충전량 밸런싱 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연산된 모드 변환 파라미터가 밸런싱 모드의 파라미터에 해당하는 경우, 제1 전력 변환기의 제1 배터리와 제2 전력 변환기를 연결하고, 상기 제2 전력 변환기의 제2 배터리와 제3 전력 변환기를 연결하여 밸런싱 모드로 동작시키는 배터리 충전량 밸런싱 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 배터리와 상기 제2 변환기가 연결되어 형성되는 제1 폐루프와, 상기 제2 전력 변환기와 상기 제2 배터리 간에 형성되는 제2 폐루프를 제어하여, 상기 제1 배터리 또는 상기 제2 배터리를 충전 또는 방전시키는 배터리 충전량 밸런싱 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 배터리와 상기 제3 변환기가 연결되어 형성되는 제3 폐루프와, 상기 제3 전력 변환기와 상기 제3 배터리 간에 형성되는 제4 폐루프를 제어하여, 상기 제2 배터리 또는 상기 제3 배터리를 충전 또는 방전시키는 배터리 충전량 밸런싱 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 폐루프, 제2 폐루프, 제3 폐루프, 제4 폐루프 중 적어도 하나는 스위치의 듀티비 제어 방식 또는 주파수 제어 방식으로 제어되는 배터리 충전량 밸런싱 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 폐루프, 제2 폐루프, 제3 폐루프, 제4 폐루프 중 적어도 하나는 스위치의 듀티비 제어 방식 또는 주파수 제어 방식으로 제어되는 배터리 충전량 밸런싱 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 폐루프, 제2 폐루프, 제3 폐루프, 제4 폐루프 중 적어도 하나는 스위치의 듀티비 제어 방식 또는 주파수 제어 방식으로 제어되는 배터리 충전량 밸런싱 장치.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 제1 전력 변환기 및 상기 제2 전력 변환기, 또는 상기 제2 전력 변환기 및 상기 제3 전력 변환기는 순차적으로 반복되어 형성되는 배터리 충전량 밸런싱 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전력 변환기 및 상기 제2 전력 변환기, 또는 상기 제2 전력 변환기 및 상기 제3 전력 변환기는 순차적으로 반복되어 형성되는 배터리 충전량 밸런싱 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전력 변환기 및 상기 제2 전력 변환기, 또는 상기 제2 전력 변환기 및 상기 제3 전력 변환기는 순차적으로 반복되어 형성되는 배터리 충전량 밸런싱 장치.
  15. 복수의 입력 전원을 포함하는 입력 전원부;
    상기 복수의 입력 전원으로부터 입력된 전력을 변환하는 복수의 전력 변환기를 포함하는 전력 변환부;
    변환된 전력이 저장되는 복수의 배터리를 포함하는 전력 저장부;
    상기 전력 변환부와 상기 전력 저장부 간의 연결을 스위칭하는 복수의 스위치를 포함하는 스위칭부;
    상기 복수의 배터리 각각의 충전량을 측정하는 충전량 측정부와, 상기 복수의 전력 변환기가 전력을 변환하는 전력 변환 모드 또는 상기 배터리 간의 충전량을 밸런싱하는 밸런싱 모드로 동작하도록 모드 변환을 결정하는 모드 변환 파라미터를 연산하는 모드 변환 파라미터 연산부와, 상기 연산된 모드 변환 파라미터에 따라 상기 스위칭부를 스위칭하여 상기 전력 변환기의 전력 이동 경로를 제어하는 제어부를 포함하는 배터리 충전량 밸런싱 장치; 및
    서로 직렬로 연결된 상기 복수의 배터리의 양 끝단에 병렬로 연결되는 DC 링크를 포함하는 배터리 충전량 밸런싱 시스템.
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