WO2018026252A1 - 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치 및 이를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치 - Google Patents

직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치 및 이를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2018026252A1
WO2018026252A1 PCT/KR2017/008518 KR2017008518W WO2018026252A1 WO 2018026252 A1 WO2018026252 A1 WO 2018026252A1 KR 2017008518 W KR2017008518 W KR 2017008518W WO 2018026252 A1 WO2018026252 A1 WO 2018026252A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
battery bank
solid state
voltage
bank
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/008518
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
주진관
Original Assignee
주진관
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주진관 filed Critical 주진관
Publication of WO2018026252A1 publication Critical patent/WO2018026252A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/20—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/50—Energy storage in industry with an added climate change mitigation effect

Definitions

  • the present invention relates to a DC high voltage large capacity contactless switching device and a secondary battery charge / discharge power supply using the same. More specifically, a secondary battery array (battery bank) of several hundred kilowatts to several megawatts is applied to a hundreds of volts DC power. One or more secondary battery arrays (battery banks) are charged by a generator or an input power supply, while the other secondary battery arrays (battery banks) are discharged to drive a load, but alternately switching one side and the other.
  • the present invention relates to a DC high voltage large capacity contactless switching device that can be safely performed and a secondary battery charge / discharge power supply using the same.
  • a secondary battery unlike a primary battery that cannot be used after one use, refers to a rechargeable battery that can be reused through a reversible reaction when charged after connecting a power source.
  • the secondary battery must be discharged and recharged after a certain period of time after being charged once by the charging capacity of the battery, but during the charging of the secondary battery, it is impossible to discharge or remarkably decreases the charging and discharging efficiency.
  • two or more secondary batteries are provided to connect the two in parallel, or during the charging of one secondary battery with a separate device, another secondary battery is discharged and used continuously.
  • the secondary lead acid battery functions as a battery through a cycle of discharge that converts chemical energy into electrical energy and a charge that converts electrical energy into chemical energy.
  • the secondary lead acid battery has a low specific gravity due to the formation of water by combining sulfate (SO 4 ) with the electrode plate during discharge, and a high specific gravity when the combined sulfate returns to the electrolyte when recharged.
  • SO 4 sulfate
  • the secondary lead acid battery is composed of an electrode of lead (Pb) and lead dioxide (PbO 2 ) dipped in a concentrated aqueous sulfuric acid solution,
  • the battery reaction occurs as follows.
  • the secondary lead acid battery When the secondary lead acid battery is discharged, sulfuric acid is consumed and water is produced. Since the density of the water is about 70 percent of the sulfuric acid solution density, the state of charge of the battery can be determined by measuring the density of the electrolyte. When is recharged, the electrode reaction becomes the inverse of the reaction.
  • a single lead acid battery has a capacity of 12V and 100A, and the power is 1200W.
  • the total power is 2400W. If two batteries are connected in parallel to supply a 300W load, theoretically, 8 hours should be used, but in practice it is fully charged (it does not mean charging up to 2.4 kwh; It can only be used for about 1.5 hours when discharged.
  • ⁇ Table 1> is composed of two DC12V, 100A output lead-acid battery in parallel to configure the power, through a 1200W inverter (model SI-1000A), 300W In case of continuous discharge by connecting the load which is incandescent lamp, it is the test result by checking the voltage of lead acid battery and inverter voltage every 10 minutes.
  • this phenomenon occurs because the positive and negative electrode surfaces are coated with lead sulfate in the process of discharging without intermediate charging, and thus the reaction rate is decreased, thereby reducing the charge and discharge efficiency of the battery. This is because only a fraction of the capacity (2.4 kWh) (0.49 kWh) was available.
  • the number of charge / discharge usage of the secondary battery is limited, and in the case of a battery such as the lead-acid battery, for example, it is limited to 300 cycles, and in the case of charging / discharging about once a day, the life of the battery is set to about one year.
  • the first prior art provides a system and method for managing battery power usage, as shown in FIG. 1, in which the first battery 1 supplies power to recharge the second battery 2.
  • the switching system and method causes the first battery and second batteries to change missions. That is, at a designated time, the second battery may also begin providing power to an external load while providing power to charge the first battery.
  • the switching system and method allows the first battery and the second battery to change tasks without interrupting delivery of power to an external load.
  • the exchange switch can be set to change between two or more batteries so that a single battery does not drain quickly. When one battery begins to lose power, the exchange switch begins to draw power from the other battery. Other batteries can provide recharge current for the weakest battery.
  • the exchange switch can support switching between two or more batteries. The exchange switch implementation of the power supply system efficiently uses the battery power and consequently increases the service life of the batteries.
  • patents 1297148 to 1297150 which is provided with two or more secondary batteries, most of them using one secondary battery.
  • the purpose of this is to provide a safe secondary battery power supply that can safely use the storage battery by supplying power to the load while the other output is used to charge the other secondary battery.
  • one secondary battery is used to supply most of the power to the load while the other output is used to charge the other secondary battery.
  • it was possible to provide a power supply using a secondary battery that can safely replenish energy without overload, device damage or explosion.
  • the power supply apparatus may invert the DC voltage of the first battery 1 and the second battery 2 as the secondary battery, and the battery in the discharge mode to AC to load 50.
  • Inverter 30 for supplying power to the inverter, the charger 40 for charging the battery in the charging mode by rectifying the output AC or commercial AC power of the inverter 30 to DC, and the control unit 20 for controlling them, and the second And a relay unit 10 for connecting the battery to the inverter or the charger according to a control operation of the controller 20 which designates the first battery 1 and the second battery 2 in the discharge mode or the charge mode, respectively.
  • the control unit 20 detects the magnitude of the DC voltage output from one of the secondary batteries of the two or more first batteries 1 and the second battery 2 and switches to another secondary battery when the reference voltage is less than the reference voltage.
  • the DC voltage can be output from one secondary battery, and at this time, the DC voltage output from the other secondary battery is sensed, and if the reference voltage is less than the reference voltage, it is converted into one secondary battery to output the DC voltage from one secondary battery. Control automatically.
  • controller 20 controls the inverter 30 to control most of the AC power output to the inverter 30 to be used as a power source of the load 50, and the remaining AC power is the first battery 1. And output to the charger 40 to be used for charging the second battery 2.
  • control unit 20 controls one charger 40 to use one secondary battery being discharged as a load power
  • the controller 20 may output and charge AC power supplied to the charger 40 to another secondary battery. Make sure
  • controller 20 controls the charger 40 to output commercial AC power to the two first batteries 1 and the second battery 2 to be charged together.
  • the configuration and operation of the controller 20 will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 4D and FIG. 5.
  • the biggest feature of the second prior art is that, except for various switches, the positive terminals of the respective DC terminals are fixedly connected to each other, and control is performed by switching the negative terminals. This is generally the opposite of the usual way of controlling operation by using the negative pole as ground and switching the connection of the positive pole, because the surge current and spark during switching by switching the negative electrode. This is to protect the battery from the risk of explosion by minimizing the occurrence.
  • the positive (+) terminals of the control unit 20 as well as the first battery 1 and the second battery 2, the inverter 30, and the charger 40 are connected to each other.
  • the negative terminals of the first battery 1 and the second battery 2 are respectively connected to the first battery connection terminal 15 and the second battery connection terminal 16 of the relay unit 10, respectively. , Which is in turn connected to the movable contact 110 of the first relay 11 and the movable contact 120 of the second relay 12, and connected to the first battery connection terminal B1 and the second battery of the controller 20. It is connected to the negative terminal of the terminal B2.
  • control unit 20 of the second prior art will be described with reference to FIGS. 4A to 4D and FIG. 5.
  • the controller 20 may include a battery power input unit 210 to which powers of first and second batteries are input, and a voltage of a battery input from the battery power input unit 210 (+). 12V or + 24V) to generate a constant voltage of + 5V and + 12V to generate a constant voltage circuit 220, a first battery for outputting the magnitude of the voltage of the first and second batteries input from the battery power input unit 210
  • the voltage display unit 260 and the second battery voltage display unit 270, the relay control signal output unit 250 for outputting a control signal for controlling the operation of the relay unit and the magnitude of the voltage of the first and second batteries by detecting
  • a processing unit 240 including a control IC for outputting a relay control signal through the relay control signal output unit 250.
  • the on / off of the relay unit 10 is controlled through the relay control signal output unit 250 by comparing magnitudes of the instantaneous voltages of the first and second batteries.
  • the first battery voltage continues to decrease, and the first battery is in the middle of charging.
  • the state of charge of the second battery is 80%.
  • the control unit 20 reverses the relay control signal. It is an actual operation
  • the instantaneous voltages of the first battery and the second battery are measured and output through the voltage display units 260 and 270 (S1 and S2). ), And then compare the measured instantaneous voltages V B1 and V B2 (S3), and if the instantaneous voltage V B1 of the first battery is greater than the instantaneous voltage V B2 of the second battery, One relay is turned on to turn the first battery into a discharge mode, and the second relay is turned off to turn the second battery into a charge mode (S4) (see FIG. 6).
  • step S5 if it is determined in step S5 that the voltage drop of the first battery 1 in the discharge mode has dropped by more than the reference value (for example, 0.2V), the first relay and the second relay are reversed to switch the first The battery is switched to the charging mode, and the second battery is switched to the discharge mode (S7), and returns to the beginning to repeat the above (S8).
  • the reference value for example, 0.2V
  • the second relay is turned on to set the second battery to discharge mode.
  • the first battery is turned off by turning off the first relay.
  • the first and second battery voltages are measured and displayed and charged.
  • the charging degree and the charging voltage of the first battery in the mode are measured and displayed, and the steps S14 to S16 are repeated.
  • step S15 if it is determined in step S15 that the voltage drop of the second battery 2 in the discharge mode is lower than the reference value (for example, 0.2V) or more, the first relay and the second relay is reversed by switching the second The battery is switched to the charging mode and the first battery is switched back to the discharge mode (S7), and the first time is returned to repeat the above (S8).
  • the reference value for example, 0.2V
  • the second prior art is to reduce the risk of device damage or explosion that may occur in the process of repeating the charge and discharge using two or more secondary batteries.
  • the first battery when both batteries are 12.7V, the first battery is discharged to supply power to the load, and when the battery reaches 12.5V, the mode is switched, and the second battery is discharged and the first battery is charged.
  • the voltage of the second battery is 12.5V
  • the first battery is recharged to 12.6V, so that afterwards, all of them must be less than 10.7V, and discharge must be completely prohibited. You can do it with a safe switch.
  • the delco battery needs to be charged for 10 hours or more.
  • the second battery is connected to an external power source such as a solar cell without any risk of explosion or overheating during discharge of the first battery. It is possible to charge also, when using the external auxiliary power in this way, there is an additional advantage that there is no limitation on the discharge time.
  • the conventional stand-alone photovoltaic system was a method of charging a battery connected to a solar cell during the day and driving a load having a relatively low power consumption compared to illuminance with the stored power at night.
  • the battery does not operate for several hours due to the problems mentioned in the prior art, and the battery is consumed. If the discharge is repeated, the battery accumulates and the battery cannot be fully charged later.Therefore, there is a problem that the battery does not turn on for several hours and the battery is consumed. The system eventually failed most of the time.
  • the present invention is to provide a power supply having a secondary battery and another power source outside the power supply.
  • the power supply to the load is switched on and off on the other side at the same time so that it can be switched without interruption in an instant.
  • Patent No.1563949 which provides an LED photovoltaic power generation system having a charging / discharging mode switching device and a power supply using a secondary battery.
  • the secondary battery is provided with two or more secondary batteries, and one of the secondary batteries supplies power to the load while most of the outputs are safely used to charge the other secondary battery.
  • An LED solar street light system having a charge / discharge mode switching device that can be utilized and a power supply device using a secondary battery can be provided.
  • the inverter 30 does not go directly to the load 50 and the charger 40, and is switched.
  • the switching device has inputs of a temporary generator 500, such as a commercial AC power source 400 and an oil generator, in addition to the input of the inverter 30, any one of at least three inputs.
  • the input of is outputted to the load and the charger, and when switching these power supplies are automatically switched without power failure according to the predetermined priority and condition.
  • the output terminal 30a of the inverter 30 of the power supply device 100 using the secondary battery is connected to both input terminals' of the inverter input terminal INV_IN (see FIGS. 7A and 8B) of the switching device 300.
  • both terminals of the commercial AC power supply 400 are connected to both input terminals 'AC1' and 'AC2' of the AC input terminal AC_IN of the switching device 300 (see FIG. 8B), Both terminals are connected to both input terminals 'GEN1' and 'GEN2' of the generator input terminal GEN_IN of the switching device 300 (see FIG. 8B).
  • the load output terminals L1 and L2 (see FIGS. 7A and 8B) of the switching device 300 are connected to the terminal 50a of the load, and the second output terminal PL1 connected in parallel is connected to the additional output device.
  • the additional output device may be configured as an outlet to be selectively connected as necessary, and another output terminal PL2 is connected to the input terminal 40a of the charger 40.
  • FIGS. 8A to 9 a charge / discharge mode switching circuit and a method of a switching device used in an LED solar street light system having the above-described third charging / discharging mode switching device and a power supply using a secondary battery. It demonstrates.
  • the charging / discharging mode switching circuit of the power supply apparatus using the secondary battery used in the power management system as shown in FIGS. 8A to 8D, the input unit 310 (FIG. 8B) and the output unit 320 (FIG. 8C and FIG. 8). 8d) and a control unit 330 (FIG. 8A) for controlling them.
  • the inverter power is 'on', it means that the battery is installed or at least meaningful power is being output from the battery through the inverter, so that the battery voltage is now checked to determine the second reference voltage ( It is checked whether or not Vr2) or more (S3).
  • the second reference voltage is used to check whether the battery is overcharged. For example, 12.3V information is suitable for a Delco lead acid battery. If, in step S1, the inverter power is 'off', it means that no battery is installed or at least meaningful power is not output from the battery through the inverter. The process proceeds to step S7 in which it is checked.
  • step S3 the voltages 12V + and 12V- of the terminals BAT-1 and BAT-2 of the power supply device 100 are directly or directly measured using voltage divider resistors.
  • step S3 if the battery output voltage (Vt) is greater than or equal to the second reference voltage (Vr2) (Vt ⁇ Vr2), it means that the battery of the power supply is overcharged, and thus stops the charging operation (FIG. 8A and The CPU output terminal 'RB3' in FIG. 8C is set to 'low', and the battery voltage is sufficient, thereby connecting the inverter to the load output (the CPU output terminal 'RB1' in FIGS. 8A and 8C as 'high') (S4). ), First return.
  • step S3 If it is determined in the step S3 that the battery output voltage Vt is not greater than or equal to the second reference voltage Vr2 (Vt ⁇ Vr2), it is determined whether the battery voltage is less than or equal to the first reference voltage Vr1 which is the lower limit. It is checked (S5).
  • the battery voltage Vt is not less than or equal to the first reference voltage Vr1 (Vt> Vr1), the battery voltage is at a normal value that is less than or equal to the allowable upper limit and greater than or equal to the allowable lower limit (Vr1 ⁇ Vt ⁇ Vr2).
  • the operation of continuously connecting the load to the inverter is maintained ('RB1' is kept 'high') (S6), and then the battery output voltage Vt becomes the first.
  • the steps S5 and S6 are repeated until the voltage falls below the reference voltage Vr1.
  • Vt battery output voltage
  • Vr1 first reference voltage
  • step S13 the timer Tc is reset at the same time as the charging and the timer is operated. This is to prevent the battery from being charged for a predetermined time (for example, 1 to 2 hours).
  • a predetermined time for example, 1 to 2 hours.
  • the reason for controlling the charging time is that the battery voltage does not reach the charging overvoltage even if the battery is aging due to aging, so that the battery cannot be charged for a certain time for safety reasons. For sake.
  • next step S15 it is checked whether the charging time Tc is greater than or equal to the reference time Tr, and if yes, the charging is stopped (CPU output terminal 'RB3' of FIGS. 8A and 8C). Return to the beginning) (S16).
  • step S15 determines whether the battery output voltage Vt is greater than or equal to the second reference voltage Vr2 in order to check whether it is overcharged (Vt ⁇ Vr2?). Otherwise, the battery may continue to be charged, so that the AC power is turned on (S19), and the steps S15, S17, and S19 are repeated.
  • step S17 if the battery output voltage (Vt) is greater than or equal to the second reference voltage (Vr2) (Vt ⁇ Vr2), it means that the battery of the power supply is sufficiently charged, the load power is switched to the inverter (The CPU output stage 'RB0' in Figs. 8A and 8C is set to 'low' and 'RB1' is set to 'high') (S18), and the charging operation is stopped (the CPU output stage 'RB3 in Figs. 8A and 8C). 'Low') (S16), returns to the beginning.
  • Vr2 the second reference voltage
  • step S7 or step S19 if the AC power is not 'on', it means that the AC power used is a power failure state, so that the generator starts operation to supply continuous uninterrupted power to the load. And (S8), the load power is switched to the generator (S9).
  • the generator output switching circuit unit 322 as shown in FIG. 8D operates by setting the CPU output stage 'RB1' to 'low' and 'RB2' to 'high' in FIGS. 8A and 8D. By doing so. After that, it returns to the beginning and repeats the whole again.
  • two or more secondary batteries are provided, and one secondary battery is used to supply power to a load while most of the outputs are safely used to charge the other secondary battery.
  • An LED solar street light system having a charging / discharging mode switching device that can be safely utilized and a power supply using a secondary battery can be provided.
  • the technique is applied to the case where the use voltage is at most tens of volts (for example, 12 to 48V) and the capacity is only several hundred watts.
  • environmental protection and carbon credits have become a major issue in recent years, allowing us to consider hundreds of kilowatts to several megawatts of solar power generation systems that were not dared because of batteries. For example, building a one megawatt solar power system at an individual plant would require hundreds of millions of dollars in a battery array (battery bank), which was previously abandoned due to astronomical battery costs. The possibility of buying enough batteries with carbon credits has opened.
  • the lifetime of the secondary battery has always been a problem.
  • the inventors of the present invention have extended the lifespan of the battery by applying the charge / discharge switching device of the above-listed inventions of the present inventors, so that the battery array (battery bank) It has been found that it is possible to build up in accordance with the reflected benefits of carbon credits.
  • the last problem is that the switching device of the charging and discharging device of the prior art applies the charging and discharging system of the present invention to a large-capacity (for example, 1.8 MW) charging and discharging system of a DC high voltage (for example, DC 750V / 2500A) of several hundred volts.
  • a DC high voltage for example, DC 750V / 2500A
  • the contacts of the switching device of FIGS. 3A and 3B are melted and broken.
  • the high voltage capacity is high, and in the case of alternating current, such as in a railroad power supply, it is possible to switch the voltage at the zero point, but in the case of direct current switching, it is impossible to do so. Since the short is continuously maintained at the contact point, there is a problem that the contact point melts, causing a huge arc flame.
  • the present invention is to extend the application of the first to the third prior art described above to the case of DC high voltage high capacity, to provide a DC high voltage large capacity contactless switching device, and further, to charge and discharge in a power supply device having a secondary battery
  • the simultaneous turn-off on one side and the turn-on on the other side are simultaneously performed for uninterrupted switching, and even in a situation where solar power generation is difficult, even commercial AC power is applied to the system of the present invention without any problem.
  • An object of the present invention is to provide a secondary battery charge / discharge power supply using a direct current high voltage large capacity solid state switching device.
  • a direct current high voltage high capacity non-contact switching device comprising: a high voltage high capacity first battery bank (1 ′) in which a plurality of secondary batteries are connected in parallel; A second high voltage battery bank 2 'having a plurality of secondary batteries connected in series and parallel to correspond to the first battery bank 1'; A discharge unit (1000) for connecting any one of the first battery bank (1 ') and the second battery bank (2') to the load side and simultaneously disconnecting the other battery bank from the load side; A charging unit (2000) for connecting the other battery banks of the first battery bank (1 ') and the second battery bank (2') to a charger side and simultaneously disconnecting the other battery bank from the charger side; And a gate controller 3000 for controlling switching operations of the discharge unit 1000 and the charge unit 2000. It includes, the discharge unit 1000 and the charging unit 2000 is characterized in that it employs a contactless switching method.
  • a plurality of secondary battery arrays (battery banks) having a large capacity are provided, so that a single secondary battery array (battery bank) is used to supply most outputs to the load while the other outputs are different.
  • a DC high voltage large capacity contactless switching device and a secondary battery charge / discharge power supply using the same may be provided to safely use a large number of high voltage storage batteries by alternately using the battery to charge a set of secondary battery arrays (battery banks).
  • the secondary battery charge / discharge power supply device of the present invention large-scale solar power generation of hundreds of kilowatts to several megawatts is economically possible in a single plant or business, but other types such as commercial AC power in a time when solar power generation is not possible.
  • a secondary battery charge / discharge power supply using a direct current high voltage large capacity solid state switching device that can be charged even with a power supply of is possible.
  • FIG. 1 shows a generator with two batteries and an exchanger switch according to the first prior art
  • Figure 2 is an overall configuration diagram of a power supply apparatus according to the second prior art.
  • FIG. 3A is a front perspective view of the relay of FIG. 2.
  • 3b is a rear perspective view of the relay of FIG. 2;
  • 4A to 4D are circuit diagrams of the control unit of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a control operation of the controller of FIGS. 4A to 4D.
  • FIG. 6 is a photograph showing the appearance of the battery 1 of the power supply device according to the second prior art in a discharged state, in which the charging degree of the battery 2 is displayed;
  • FIG. 7A is a circuit diagram of a power management system using a charge / discharge mode switching circuit according to a third prior art.
  • Figure 7b is a block diagram of a power management system using a charge and discharge mode switching circuit according to the third prior art.
  • 8A to 8D are circuit diagrams of a charge / discharge mode switching circuit of the switching device of FIG. 7A.
  • 8A is a control unit of a charge / discharge mode switching circuit
  • 8D is a second output unit of the charge / discharge mode switching circuit.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation of a controller (CPU) of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of a secondary battery charge / discharge power supply apparatus using a DC high voltage large capacity solid state switching device according to the present invention.
  • 11 and 12 are photographs of the actual product of the secondary battery charge / discharge power supply using the DC high voltage large capacity solid state switching device according to the present invention.
  • FIG. 13 is a circuit diagram of a DC high voltage large capacity solid state switching device.
  • FIG. 14 is an operation flowchart of a control unit of a power supply using a secondary battery according to the present invention.
  • the power supply device 100 ′ of the present invention in FIG. 10 is similar to the pre-registered power supply device 100 of the present inventor in FIG. 7B. However, as described below, the power supply device 100 ′ is for a low voltage of 12 V in the prior art.
  • the relay unit 10 is used for the switching operation to switch the charge / discharge mode, in the present invention, since the high voltage and large capacity are replaced, the relay unit 10 is replaced by the DC high voltage large capacity solid state switching unit 10 '. This will be described later.
  • the power supply device 100 ′ of the present invention includes: a high voltage large capacity first battery bank 1 ′ in which a plurality of secondary batteries are connected in parallel; A second high voltage battery bank 2 'having a plurality of secondary batteries connected in series and parallel to correspond to the first battery bank 1'; A discharge part 1000 which connects any one of the first battery bank 1 'and the second battery bank 2' to the load side and cuts off the other battery bank from the load side; and the first battery A charging unit 2000 which connects the other battery bank of the bank 1 'and the second battery bank 2' to the charger side and simultaneously disconnects the other battery bank from the charger side, the discharge unit 1000 and the A DC high voltage large capacity contactless switching device 10 ′ including a gate controller 3000 for controlling a switching operation of the charging unit 2000; And a controller 20 'for controlling the contactless switching device 10'.
  • the control unit 20 controls the first battery bank 1' to be in the discharge mode and at the same time the second battery bank 2 'to be in the charging mode at one point in time, and at another point in time.
  • the first battery bank 1 ' is in charge mode and the second battery bank 2' is controlled to be in discharge mode, while the charge and discharge mode is the first battery bank 1 'and the second battery.
  • the battery voltage of the bank 2 ' is sensed to control the battery bank higher than a predetermined value in the discharge mode and the battery bank lower than the predetermined value in the charging mode.
  • the battery bank is mainly supplied with power by the solar cell driver 61 for boosting and applying the power charged by the solar cell 60 to the voltage of the battery bank, from the cell driver If the charging voltage is lower than a predetermined value, the commercial AC power source to be charged by the commercial AC power source 400 instead of the solar cell driver, the switching device (transfer) for switching the charging of the battery bank from the emergency generator 500 ( 300 is preferably further included.
  • the discharge unit 1000 is connected to the first battery bank (1 ') is connected to the first contactless switch (1100) to switch whether or not connected to the load side; A second solid state switch (1200) connected to the second battery bank (2 ') for switching whether to be connected to the load side;
  • the charging unit 2000 includes: a third solid state switch 2100 connected to the second battery bank 2 'to switch whether to be connected from the charger; A fourth solid state switch (2200) connected to the first battery bank (1 ') to switch whether to be connected from the charger;
  • the first gate control signal to the fourth gate control signal of each of the first contactless switch 1100 to the fourth contactless switch 2200 may be from the gate controller 3000, but the first gate A control signal and a third gate control signal are synchronized with each other, and the second gate control signal and a fourth gate control signal are synchronized with each other, and the gate control signals are alternately gate controlled.
  • the first solid state switch 1100 includes a first GTO thyristor D1 having an anode connected to a first battery bank 1 ', a cathode connected to a load side, and a gate connected to a first GTO driver U1.
  • the second solid state switch 1200 has a second GTO thyristor having an anode connected to a second battery bank 2 ', a cathode connected to a load side, and a gate connected to a second GTO driver U3. D3), wherein the third solid state switch 2100 has a third GTO having a cathode connected to a second battery bank 2 ', an anode connected to a charger side, and a gate connected to a third GTO driver U6.
  • the present invention is almost adopted as it is.
  • the first terminal SW1 is controlled to be in an ON state, so that the movable terminal of the first relay connects the first battery 1 to the inverter 30 so that the first switch SW1 is turned on.
  • the first battery operates to operate in the discharge mode.
  • the gate controller 3000 and the GTO drivers are controlled so that the first solid state switch 1100 and the third solid state switch 2100 are turned on.
  • the solid state switch 1200 and the fourth solid state switch 2200 should be controlled to the gate controller 3000 and the GTO drivers to be turned off), the first battery bank (1 ') is set to the discharge mode There is only a difference in, and there is no fundamental difference in the operation in the control unit 20 circuit.
  • the relay operation terminal 120, the second relay, the second fixed terminal 122, the inverter connecting plate 14, and the inverter 30 are in the discharge mode, in the present invention, the second solid state switch 1200 And the gate controller 3000 and the GTO drivers are controlled to turn on the fourth solid state switch 2200 (in this case, the first solid state switch 1100 and the third solid state switch 2100 are turned off. 3000 and GTO drivers are controlled), and there is no fundamental difference in operation within the control circuit 20 in that the second battery bank 2 'is designated in the discharge mode.
  • the contactless switching unit 10 'of the power supply device 100' of the present invention in Fig. 10 is fundamentally different from the relay unit 10 of the prior art, in the present invention is a high voltage large capacity
  • the gate controller 3000 determines whether each of the battery banks 1 ′ and 2 ′ is combined with the discharge unit 1000 or the charging unit 2000.
  • control unit 20 ′ for controlling the gate controller 3000 operates substantially similar to that of the conventional art, as described above, except that the difference based on the difference in voltage or the capacity is determined by those skilled in the art. It will be natural.
  • Reference numeral '300' in FIG. 10 is also the same as the prior art switching device 300, which will also be apparent to those skilled in the art from the description of FIGS. 8A to 9.
  • the DC power (for example, 500V) charged from the solar cell (60 in FIG. 10) is charged by the solar cell driver 61 to the voltage of the first and second high voltage high capacity battery banks 1 'and 2' of the present invention. (E.g., 750V) for charging, stepped up to a voltage slightly higher than the high voltage (e.g., 820V), and supplied to the charging unit (2000 in FIG. 13) of the DC high voltage large capacity solid state switching device of the present invention.
  • the outputs of the first and second high voltage high capacity battery banks 1 ′ and 2 ′ are connected to the inverter 30 and the load 50 through the discharge unit 1000.
  • the controller chip U7 outputs an 'on' signal through the terminal 'OUT_CH1' and the terminal 'OUT_CH3', and in response, a first GTO thyristor (Gate Turn Off thyrister) D1 of the first solid state switch 1100.
  • the driver U1 controls to turn on the first GTO thyristor by flowing a constant current to the gate of the first GTO thyristor D1.
  • the anode side of the first GTO thyristor D1 is turned on with the load side inverter terminal LOAD + OUTPUT (the cathode side of the first GTO thyristor D1), and eventually the first battery bank 1 'is designated as the discharge mode. do.
  • the controller chip U7 of the gate controller 3000 always outputs the same signal to the terminal 'OUT_CH1' and the terminal 'OUT_CH3', and thus the first GTO thyristor D1 of the first solid state switch 1100.
  • the driver U1 of the third GTO thyristor D5 of the driver U1 of the third solid state switch 2100 and the driver U6 of the third GTO thyristor D5 are thus synchronized with each other.
  • the third GTO thyristor is controlled to turn on by flowing a constant current through the gate of D5, and the input terminal CHARGE + INPUT of the cell driver 61 on the charger side (the anode side of the third GTO thyristor D5) is controlled.
  • each negative terminal is connected to common ground.
  • control unit 20 ' is similar to that in FIG. 5 even in the states of the "first battery bank 1'-discharge mode" and the "second battery bank 2'-charge mode” as described above.
  • the first battery bank 1 ' is sufficiently discharged and the second battery bank 2' is sufficiently charged.
  • the charging and discharging mode is switched, so that the second switching signal from the control unit 20, 20 'is controlled to be output' on '.
  • the controller chip U7 of the gate controller 3000 of the solid state switching unit 10 'of FIG. 13 outputs an' on 'signal through the terminal' OUT_CH2 'and the terminal' OUT_CH4 '.
  • the driver U3 of the second GTO thyristor D3 of the second solid state switch 1200 controls to turn on the second GTO thyristor by flowing a constant current through the gate of the second GTO thyristor D3.
  • the positive terminal BATTERY_BANK2_PLUS of the second battery bank 2 ' (the anode side of the second GTO thyristor D3) is connected to the load side inverter terminal LOAD + OUTPUT (the cathode side of the second GTO thyristor D3). It is turned on and eventually the second battery bank 2 'is designated in the discharge mode.
  • the controller chip U7 of the gate controller 3000 always outputs the same signal to the terminal 'OUT_CH2' and the terminal 'OUT_CH4', and thus the second GTO thyristor D3 of the second solid state switch 1200.
  • Driver U3 of the fourth GTO thyristor D7 of the fourth solid state switch 2200 and the driver U9 of the fourth GTO thyristor D7 are synchronized.
  • the fourth GTO thyristor is controlled by turning on the fourth GTO thyristor by flowing a constant current through the gate of D7, and the input terminal CHARGE + INPUT of the cell driver 61 on the charger side (the anode side of the fourth GTO thyristor D7) is controlled.
  • the first GTO thyristor D1 and the third GTO In addition, in the transition to the states of the "first battery bank 1'-discharge mode" and “second battery bank 2'-charge mode", of course, the first GTO thyristor D1 and the third GTO.
  • the thyristor D5 needs to be turned off.
  • the first and third GTO drivers U1 and U6 have the gates of the first GTO thyristor D1 and the third GTO thyristor D5, respectively.
  • Soho pulses of significant magnitude must be applied to the. For example, if the main circuit current of the power supply of the present invention is 400A, at least one fifth of the reverse current should be applied, and for the satisfactory turn-off, it is preferable to apply the reverse current of 200A.
  • the GTO thyristor current always flows from anode to cathode, is a thyristor that is 'on' when a positive current flows through the gate, and is 'off' when a negative current flows, and unlike a SCR thyristor, a negative gate current It can be turned off by a pulse, and once off, it has a trigger off function that remains off even without gate current.
  • the SCR can only signal 'on' through the gate and only 'on', and to 'off' the negative side of the anode, not the gate, is required, but the GTO is positive (+) to the gate. This is different from SCR because it can be turned on and off simply by giving a signal.
  • GTO is a self-protected device that can be turned on and off depending on the direction of the gate current flow.
  • the advantage is that it can only be turned off by gate operation, i.e. by applying a negative signal to the gate, the current transfer rate decreases and the 'on' condition is reduced by reducing the current transfer rate of one side of pnp or npn. Is turned off because it is not satisfied.
  • additional circuits (snubber circuits) using diodes, resistors, and capacitors are necessary to mitigate spike voltages that temporarily occur between the anode and the cathode when turned off.
  • the first capacitor C1, the second diode D2, and the first to third resistors R1 to R3 of the first solid state switch 1100 are additional circuits to the first GTO thyristor D1. to be.
  • a DC 110V power source rectifying a commercial power source is used as a control power source, and the first DC-DC converter U10 is stepped down to supply power to the first DC fan MG1.
  • the second DC-DC converter U11 is a step-down device for supplying power to the second DC fan MG2 and the gate controller 3000.
  • the GTO drivers of the present invention since the GTO drivers of the present invention must supply a fairly large pulse wave to the gate of the GTO thyristor as a control signal, the power supply elements U2, U4, U5, and U8 for supplying power to the respective drivers. Need.
  • the AC commercial power supply 400 is added by adding the switching device (transfer) 300 of FIG. 10 between the inverter 30 and the load 50. It is possible to charge and discharge the battery bank of the present invention, and in addition, when the AC commercial power supply is a power cut, emergency measures for charging and discharging using the emergency generator 500 are possible.
  • the technique of this accompanying drawing which is the technique of 1539094, may be used. That is, in general, the solar cell driver 61 boosts the power charged by the solar cell 60 (for example, 830V) to the voltage of the battery bank (for example, 830V) and applies it to the charging unit 2000.
  • the switching device (transfer) 300 checks the voltage of the battery bank, and if the voltage of the battery bank is less than or equal to a predetermined value, the charger (commercial AC power 400) instead of the solar cell driver and the battery bank.
  • the charger 40 is switched to be connected to the charging unit 2000 to charge the battery bank through 40.
  • the specific wiring and connection method of the switching device 300 can be easily implemented by those skilled in the art from the technique of the pre-registered patent No. 1539094.
  • hundreds of batteries are connected in series or in parallel to form two sets of battery banks of high voltage capacity (capacity of hundreds of kilowatts to several megawatts at high voltage of several hundred volts). Although more than three can be implemented, in this case, the battery value is hundreds of millions of won, so it is more economical to use two.
  • the first battery bank 1 ' is connected to the first solid state switch 1100 (that is, the first GTO thyristor D1) of the discharge unit 1000, and the second battery bank 2' is opened.
  • a second solid state switch 1200 ie, a second GTO thyristor D3 of the whole 1000,
  • the first battery bank 1 ' is connected to the fourth solid state switch 2200 (ie, the fourth GTO thyristor D7) of the charging unit 2000, and the second battery bank 2' is connected to the charging unit.
  • a third solid state switch 2100 that is, the third GTO thyristor D5) of the reference numeral 2000.
  • the instantaneous voltages of the first battery bank 1' and the second battery bank 2 ' are measured, and each voltage display unit is measured. (S1, S2), and then compare the measured instantaneous voltage (V B1 , V B2 ) of the two batteries (S3), if the instantaneous voltage (V B1 ) of the first battery bank 1 '
  • the first solid state switch 110 is turned on to put the first battery bank 1 ′ in the discharge mode (in this case, the fourth battery bank 2200). Is turned off), and the third solid state switch 2100 is turned off to put the second battery bank in the charging mode (at this time, the second battery bank 1200 is turned off) (S4) (see FIG. 13).
  • step S5 when it is determined in step S5 that the voltage drop of the first battery bank 1 ′ in the discharge mode is lowered by a reference value (for example, 1V to 2V) or more, the first relay and the second relay are reversed.
  • the first battery bank is switched to the charging mode and the second battery bank is switched to the discharge mode (S7), and returns to the beginning to repeat the above (S8).
  • step S3 if the instantaneous voltage V B1 of the first battery bank is smaller than the instantaneous voltage V B2 of the second battery bank as a result of the determination in step S3, the second solid state switch is turned on to turn on the second battery bank. Is set to the discharge mode, the fourth relay is turned on to set the first battery bank to the charge mode (S14).
  • step S15 if it is determined in step S15 that the voltage drop of the second battery bank 2 'in the discharge mode is lowered by a reference value (for example, 1V to 2V) or more, the contactless switches are reversed to switch to the second.
  • the battery bank is switched to the charging mode, and the first battery bank is switched back to the discharge mode (S7), and returns to the beginning to repeat the above (S8).
  • step S1 when the system is operating, it is checked whether the power of the inverter having the highest priority is 'on' (S1). If the power of the inverter is 'on', the battery is installed or at least from the battery through the inverter. Since the power is being output, the battery voltage is checked to check whether the battery output voltage Vt is equal to or greater than the second reference voltage Vr2, which is an upper limit of allowance (S3). Typically, the second reference voltage is for checking whether the battery is overcharged. If, in step S1, the inverter power is 'off', it means that no battery is installed or at least meaningful power is not output from the battery through the inverter. The process proceeds to step S7 in which it is checked.
  • step S3 if the battery output voltage Vt is greater than or equal to the second reference voltage Vr2 (Vt ⁇ Vr2), it means that the battery of the power supply device is overcharged. Enough to connect the inverter to the load output (S4), and return to the beginning.
  • step S3 If it is determined in the step S3 that the battery output voltage Vt is not greater than or equal to the second reference voltage Vr2 (Vt ⁇ Vr2), it is determined whether the battery voltage is less than or equal to the first reference voltage Vr1 which is the lower limit. It is checked (S5).
  • the battery voltage is at a normal value that is less than the permissible upper limit and more than the permissible lower limit (Vr1 ⁇ Vt ⁇ Vr2).
  • the operation S5 and S6 are repeated until the battery output voltage Vt falls below the first reference voltage Vr1.
  • Vt battery output voltage
  • Vr1 first reference voltage
  • step S13 the timer Tc is reset at the same time as the charging and the timer is operated. This is to prevent the battery from being charged for a predetermined time (for example, 1 to 2 hours).
  • a predetermined time for example, 1 to 2 hours.
  • the reason for controlling the charging time is that the battery voltage does not reach the charging overvoltage even if the battery is aging due to aging, so that the battery cannot be charged for a certain time for safety reasons. For sake.
  • a next step S15 it is checked whether the charging time Tc is greater than or equal to the reference time Tr, and if yes, the charging is stopped (S16) and returned to the beginning.
  • step S15 determines whether the battery output voltage Vt is greater than or equal to the second reference voltage Vr2 in order to check whether it is overcharged (Vt ⁇ Vr2?). Otherwise, the battery may continue to be charged, so that the AC power is turned on (S19), and the steps S15, S17, and S19 are repeated.
  • step S17 if the battery output voltage (Vt) is greater than or equal to the second reference voltage (Vr2) (Vt ⁇ Vr2), it means that the battery of the power supply is sufficiently charged, the load power is switched to the inverter (S18), the charging operation is stopped (S16), and returns to the beginning.
  • Vr2 the second reference voltage
  • step S7 or S19 if the AC power is 'ON' as a result of the determination in step S7 or S19, it means that the AC power used is in a blackout state, so that emergency generator operation is performed to supply continuous uninterrupted power to the load.
  • Start (S8) the load power is switched to the emergency generator (S9). After that, it returns to the beginning and repeats the whole again.
  • the operation of the present invention has been described as an embodiment in which two multi-megawatt high-voltage battery arrays are used as high-voltage large-capacity battery banks.
  • the present invention is not necessarily limited to a few megawatts, but smaller or larger than that.
  • a high voltage large capacity secondary battery charge / discharge power supply can be implemented using the DC high voltage large capacity contactless switching device of the present invention instead of the prior art.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치를 제공하고, 더 나아가 이차전지를 구비한 전원장치에서의 충방전의 동시 절환을 위해 일측에서의 턴오프와 타측에서의 턴온이 동시에 이루어져 순식간에 무단속으로 절환이 이루어지도록 하는, 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치를 제공하기 위한 것으로, 복수개의 이차 전지들이 직병렬 연결되어 있는 고전압 대용량의 제1 및 제2 배터리 뱅크; 제1 및 제2 배터리 뱅크 중의 어느 일측 배터리 뱅크를 부하측으로 접속하면서 동시에 다른 타측 배터리 뱅크는 부하측과 차단시키는 방전부; 제1 및 제2 배터리 뱅크 중의 타측 배터리 뱅크를 충전기측으로 접속하면서 동시에 다른 타측 배터리 뱅크는 충전기측과 차단시키는 충전부; 및 방전부 및 충전부의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 컨트롤러; 를 포함하며, 방전부 및 충전부는 무접점 방식의 스위칭 방식을 채용하는 것을 특징으로 한다.

Description

직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치 및 이를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치
본 발명은 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치 및 이를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수백 볼트의 직류 전원에 수백 킬로와트 내지 수 메가와트 급의 이차 전지 어레이(배터리 뱅크)를 2조 이상 구비하되, 일측 이차 전지 어레이(배터리 뱅크)는 발전기나 입력 전원에 의해 충전되면서, 타측 이차 전지 어레이(배터리 뱅크)는 부하를 구동하도록 방전하되, 일측과 타측을 교호적으로 절환하는 스위칭을 안전하게 수행할 수 있는 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치 및 이를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 2차 배터리는 한 번 사용하고 나면 못쓰는 1차 배터리와는 달리, 사용 후 전원을 연결하여 충전하면 가역 반응을 거쳐 재사용할 수 있는 충전 가능한 배터리를 말한다.
그런데, 이러한 2차 배터리는 배터리의 충전 용량에 의해 한번 충전하고 난 후 일정시간이 경과하고 나면 방전이 되어 다시 충전해야 하는데, 2차 배터리의 충전 도중에는 방전이 불가능하거나 현저하게 충방전 효율이 떨어지므로, 대부분의 경우에는 이차전지를 2개 이상 구비하여 둘을 병렬로 연결하여 사용하거나, 하나의 이차전지를 별도의 장치로 충전하는 동안, 다른 이차 전지를 방전하여 연속적으로 사용하게 된다.
더욱이, 이러한 2차 전지의 경우에는 통상 정격전류로 계속해서 방전을 하게 될 경우, 제조사에서 이상적인 사용시간보다 실제 사용시간은 현저하게 짧아진다는 공통된 문제점이 있다.
일예로, 2차 납축전지는 화학 에너지를 전기 에너지로 바꾸어주는 방전과 전기 에너지를 화학 에너지로 바꾸어주는 충전의 사이클을 통해 배터리의 기능을 한다.
통상, 상기 2차 납축전지는 방전시 황산염(sulfate, SO4)이 극판과 결합함으로써 물이 생성되어 비중이 낮아지고, 다시 충전시에는 결합된 황산염이 전해액으로 돌아와 비중이 커지게 된다.
즉, 2차 납축전지로서 진한 황산 수용액에 담근 납(Pb)과 이산화납(PbO2)의 전극으로 구성되어 결국,
양극: Pb(s) + HSO4- →PbSO4(s) + H+ + 2e-
음극: PbO2(s) + HSO4 - + 3H+ + 2e- →PbSO4(s) + 2H2O
2차납축전지: Pb(s) + PbO2(s) + 2HSO4 - + 2H+ →2PbSO4(s) + 2H2O
와 같이 전지반응이 일어난다.
두 전극반응은 불용성인 PbSO4를 생성하여 이것이 두 전극에 부착된다.
상기 2차 납축전지가 방전시 황산이 소모되고 물이 생성되며, 이 물의 밀도는 황산용액 밀도의 약 70퍼센트가 되기 때문에 전지의 충전상태는 전해액의 밀도를 측정하여 알 수 있으며, 2차 납축전지가 재충전될 때 전극반응은 상기 반응의 역반응이 된다.
그러나 오랜 기간 동안의 충/방전 사이클을 거치는 동안 방전(자가방전 포함)시 두 전극에 달라 붙어있던 황산염이 충전시에 이탈되지 아니하고 그대로 달라붙어 있는 경우가 발생하는데, 이것을 황산화(황산염화) 현상이라 부른다.
이러한 황산화 현상은 2차 납축전지가 보다 많이 방전될수록 심해지며, 이에 기인하여 화학, 전기반응의 통로가 차단되고 절연 기능을 하게 되어 2차 납축전지의 전압, 용량 및 비중도를 떨어뜨린다.
이에 의해 2차 납축전지의 효율이 떨어져 한 번의 2차납축전지 만충전으로 사용할 수 있는 시간(방전시간)이 현저하게 단축되는 문제점이 있었다.
실제로 통상 자동차용으로 많이 사용되는 델코 배터리의 경우, 납 축전지 하나의 용량은 12V, 100A로서, 전력은 1200W가 되고, 이 납축전지 2개를 병렬로 연결하면 총 전력은 2400W가 되는바, 이 납축전지 2개를 병렬로 연결하여 300W의 부하에 전력을 공급하면, 이론상으로 8시간을 사용하여야 하지만, 실제로는 만충전하여 (2.4kwh까지 충전한다는 의미가 아니며 충전이 가능한 정도까지 충전한다는 의미임) 연속방전시 그에 훨씬 못 미치는 1.5시간 정도밖에 사용할 수 없다.
이는, 다음의 <표 1>에서도 확인할 수 있는바, <표 1>은 DC12V, 100A 출력의 납축전지 2개를 병렬 연결하여 전원을 구성하고, 1200W 인버터(모델 SI-1000A)를 통해, 300W 짜리 백열전구인 부하를 연결하여 연속방전시킨 경우, 납축전지의 전압과 인버터의 전압을 10분 단위로 체크한 시험결과이다.
Figure PCTKR2017008518-appb-T000001
<표 1>에서 보는 바와 같이, 포장마차에서 300W 짜리 전등을 계속 켜 놓았을 때와 같은 연속방전의 경우, 시간에 지나감에 따라 배터리 출력전압이 급속히 떨어짐을 알 수 있으며, 결국 1.5시간(90분) 후에는 배터리 출력전압이 10.64V 이하로 떨어져 더 이상 사용할 수 없게 됨을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 이와 같은 현상은 중간 충전없이 계속 방전하는 과정에서 (+)극과 (-)극 표면이 황산납으로 코팅되면서 반응속도가 줄어듦으로써 배터리의 충방전 효율이 떨어져 원래 배터리가 가지고 있던 용량(2.4kWh)의 극히 일부(0.49kWh)만 사용 가능하였기 때문이다.
한편, 2차 전지의 충방전 사용회수는 제한되어 있으며, 상기 납축전지와 같은 배터리의 경우 일례로 300 사이클로 제한되어 있으며, 매일 1회 정도 충방전의 경우 배터리의 수명은 1년 정도로 정해져 있다.
이는 충방전을 거듭할수록 충전 및 방전을 통해 사용할 수 있는 1회 용량이 감소하기 때문인바, 일예로 델코 12V 100A 배터리 2개의 경우, 1회 연속 사용시에는 1.5시간 정도를 사용하여 이론상 최대 용량의 16.6%를 사용할 수 있었으나, 3회 충방전을 하였을 시에는 1.2시간(1시간 12분) 사용으로 15% 정도만 사용가능하고, 다시 6회 사용시에는 1시간 7분 가량으로 13.9% 정도만을 사용가능하며, 그 %값이 계속 줄어들어 300회 사용시에는 의미가 없어지기 때문이다.
추가적으로, 상기 납축전지의 경우, 과부하로 인한 기기파손 및 폭파의 우려로 인하여, 2차납축전지의 특성상 충전중에는 부하에 절대적으로 사용하지 못하도록 규정하고 있어, 통상적으로 충전중에는 2차납축전지를 사용하지 못하는 문제점이 있었으며, 통상 연속방전시에는 1.5시간 정도 밖에 사용할 수 없으나, 충전시에는 10시간 정도가 소요되므로, 야간에 연속방전을 하여야 하는 포장마차의 경우, 전날 여러 대의 배터리를 미리 충전을 해 놓아야 하므로 시간적 경제적으로 많은 불편함이 있었다.
한편, 이러한 문제점을 개선하기 위하여, 2개 이상의 배터리를 교대로 방전하면서 부하에 전력을 공급하고, 방전하고 있는 전력의 일부를 다른 배터리의 충전전압으로 사용하는 기술이 대한민국 특허공개 제2006-111499호로 개시된바 있다.
즉, 상기 제1 종래기술은, 도 1에서 보는 바와 같이, 배터리 전력 사용을 관리하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는바, 제 1 배터리(1)가 제 2 배터리(2)를 재충전하기 위해 전력을 제공하면서 외부 부하에 전력을 제공하게 한다. 지정된 시간에, 상기 스위칭 시스템 및 방법은 제 1 배터리 및 제 2 배터리들 임무들을 변경하게 한다. 즉, 지정된 시간에, 제 2 배터리는 또한 제 1 배터리를 충전하기 위해 전력을 제공하는 동안 외부 부하에 전력을 제공하기 시작할 수 있다. 상기 스위칭 시스템 및 방법은 제 1 배터리 및 제2 배터리로 하여금 외부 부하에 전력의 전달을 중단하지 않고 임무들을 변경하게 한다.
결국, 상기 제1 종래기술의 실시예에서 표현된 바와 같이, 다중 배터리들에 의해 제공된 전력을 효율적으로 사용하고 관리하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 교환기 스위치는 단일 배터리가 빠르게 소모되지 않도록 두 개 이상의 배터리들 사이에서 변경하도록 설정될 수 있다. 하나의 배터리가 전력을 손실하기 시작할때, 교환기 스위치는 다른 배터리로부터 전력을 인출하기 시작한다. 다른 배터리는 제일 약한 배터리에 재충전 전류를 제공할 수 있다. 교환기 스위치는 두 개 이상의 배터리들 사이에서 스위칭을 지원할 수 있다. 전력 공급 시스템의 교환기 스위치 구현은 배터리 전력을 효율적으로 사용함으로써 결과적으로 배터리들의 사용 수명을 증가시킨다.
그러나, 이상의 제1 종래기술의 경우, 이론상으로는 가능하나 치명적인 문제점이 존재하여, 실제로 제품으로 사용되지 못하였는바, 그 이유는, 일예로 제2 배터리에서 제1 배터리로의 전환시, 상기 제2 배터리의 (+) 단자가 제1 배터리의 (-) 단자와 순간적으로 접촉되므로, 여기에서 강한 서지 전류 및 스파크가 발생하며, 이는 배터리 폭발의 원인이 되며, 이는 아무리 전환시점을 좋게 잡는다 하더라도 100A 정도의 강한 전류가 단속되는 상황에서 피할 수 없는 치명적인 문제점이기도 하다.
다른 한편, 이상의 제1 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자는 특허 제1297148호 내지 제 1297150호와 같은 발명을 하였는바, 이는, 이차전지를 2개 이상 구비하여 하나의 이차전지를 이용해 대부분의 출력은 부하에 전원을 공급하면서 나머지 출력은 다른 하나의 이차전지 충전에 이용함으로써 축전지를 교대로 안전하게 활용할 수 있는 안전한 이차전지를 이용한 전원장치를 제공하는데 그 목적이 있었다.
즉, 이차전지를 2개 이상 구비하여 하나의 이차전지를 이용해 대부분의 출력은 부하에 전원을 공급하면서 나머지 출력은 다른 하나의 이차전지 충전에 이용함으로써 이차전지를 충전하는 중에도 다른 하나의 이차전지를 부하의 전원으로 사용하여 과부하 및 기기파손 또는 폭파없이 안전하게 에너지를 보충 저장할 수 있는 이차전지를 이용한 전원장치를 제공할 수 있었다.
도 2에 도시된 바와 같이 제2 종래기술에 따른 전원장치는, 이차전지로서의 제1 배터리(1) 및 제2 배터리(2), 방전모드의 배터리의 DC 전압을 AC로 인버팅하여 부하(50)에 전원을 공급하는 인버터(30),인버터(30)의 출력 교류 혹은 상용 교류 전원을 DC로 정류하여 충전모드의 배터리를 충전하는 충전기(40) 및 이들을 제어하는 제어부(20), 그리고 상기 제1 배터리(1) 및 제2 배터리(2)를 방전모드 혹은 충전모드로 각각 지정해주는 상기 제어부(20)의 제어동작에 따라 배터리를 인버터나 충전기에 연결하여주는 릴레이부(10)를 포함한다.
상기 제어부(20)는 2개 이상의 제1 배터리(1) 및 제2 배터리(2) 중 하나의 이차전지에서 출력되는 DC 전압의 크기를 감지하여 기준전압 이하이면 다른 하나의 이차전지로 전환하여 다른 하나의 이차전지에서 DC 전압을 출력할 수 있도록 하고, 이때 다른 하나의 이차전지에서 출력되는 DC 전압의 크기를 감지하여 기준전압 이하이면 하나의 이차전지로 전환하여 하나의 이차전지에서 DC 전압을 출력할 수 있도록 자동으로 제어한다.
또한, 상기 제어부(20)는 인버터(30)를 제어하여 인버터(30)에 출력되는 AC전력의 대부분을 부하(50)의 전원으로 사용할 수 있도록 제어하고, 나머지 AC전력은 제1 배터리(1) 및 제2 배터리(2) 충전에 사용할 수 있도록 충전기(40)에 출력되도록 제어한다.
또한, 상기 제어부(20)는 충전기(40)를 제어하여 방전중인 하나의 이차전지를 부하의 전원으로 사용하는 경우 충전기(40)에 공급되는 AC전력을 다른 하나의 이차전지로 출력하여 충전할 수 있도록 한다.
또한, 상기 제어부(20)는 충전기(40)를 제어하여 상용 AC전원을 두 제1 배터리(1) 및 제2 배터리(2)에 출력하여 같이 충전할 수 있도록 한다. 상기 제어부(20)의 구성 및 동작에 대해서는 도 4a~도 4d 및 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
상기 제2 종래기술의 가장 큰 특징은, 각종 스위치를 제외하고, 각 DC 단자의 (+) 단자가 상호 고정 연결되어 있으며, (-) 단자를 스위칭하여 제어가 이루어진다 점이다. 이는 일반적으로 (-)극을 접지로 사용하고, (+)극의 연결을 스위칭함으로써 동작을 제어하는 일반적인 방식과 정반대되는 방식인바, 그 이유는 (-)전극을 스위칭함으로써 절환시 서지 전류 및 스파크 발생을 최소화하여 배터리를 폭발의 위험으로부터 보호하기 위함이다.
즉, 제1 배터리(1) 및 제2 배터리(2), 인버터(30), 충전기(40)는 물론, 제어부(20)의 (+) 단자들이 상호 고정적으로 연결되어 있다.
한편, 제1 배터리(1) 및 제2 배터리(2)의 (-)단자는 각각, 릴레이부(10)의 제1 배터리 연결단자(15) 및 제2 배터리 연결단자(16)에 각각 접속되며, 이는 다시 제1 릴레이(11)의 가동접점(110) 및 제2 릴레이(12)의 가동접점(120)에 접속되며, 제어부(20)의 제1 배터리 연결단자(B1) 및 제2 배터리 연결단자(B2)의 (-)단자에 접속된다.
이하, 상기 릴레이부(10)의 동작을 도 2 내지 도 3b를 참조하여 상기 공보에 상세히 설명되어 있다.
이제, 도 4a~도 4d 및 도 5를 참조하여, 제2 종래기술의 제어부(20)의 구성 및 동작을 설명한다.
도 4a~도 4d에 도시된 바와 같이 상기 제어부(20)는, 제1 및 제2 배터리의 전원이 입력되는 배터리 전원 입력부(210), 상기 배터리 전원 입력부(210)로부터 입력된 배터리의 전압(+12V 혹은 +24V)을 컨버팅하여 +5V 및 +12V의 정전압을 발생하는 정전압 회로부(220), 상기 배터리 전원 입력부(210)로부터 입력된 제1 및 제2 배터리의 전압의 크기를 출력하는 제1 배터리 전압표시부(260) 및 제2 배터리 전압표시부(270), 상기 릴레이부의 동작을 제어하는 제어신호를 출력하는 릴레이 제어신호 출력부(250) 및 상기 제1 및 제2 배터리의 전압의 크기를 검출하여 상기 릴레이 제어신호 출력부(250)를 통해 릴레이 제어신호를 출력하는 제어 IC를 포함하는 처리부(240)를 포함한다.
아울러, 상기 제1 및 제2 배터리의 순간 전압의 크기를 비교하여 릴레이 제어신호 출력부(250)를 통해 상기 릴레이부(10)의 온/오프를 제어하게 된다.
예를들어, 제1 릴레이의 제어신호를 출력하는 단자(S1)를 통해, '하이'신호를 출력하게 되면, 스위칭용 트랜지스터(Q2)가 턴온되며, 따라서 제1 릴레이 제어신호 출력단(HD1)의 제어단자 신호(
Figure PCTKR2017008518-appb-I000001
)가 'LOW'가 되므로, 제1 릴레이 제어신호 출력단(HD1)의 상위 전원단자를 통해 제1 릴레이(11)의 솔레노이드(도 2의 SW1)(도 3b의 114)로 출력된 +12V 전압이 상기 출력단(HD1)의 하위 전원단자를 통해 통전되므로, 결국 제1 솔레노이드(114)가 동작하여, 상기 제1 릴레이의 가동단자(110)를 제2 고정단자(112) 측으로 접속되게 함으로써, 결국 제1 배터리의 (-)단자가 인버터 연결판(13)을 통해 인버터(30)의 (-)단자에 접속되도록 함으로써, 결국 제1 배터리(1)가 방전모드로 동작하게 된다. 이 경우, 제1 릴레이 동작 표시용 다이오드(L3) 역시 통전되므로, 제1 릴레이가 동작하는 상태를 보이게 된다 (도 6 좌측 LED 참조).
반대로, 이때 제2 릴레이의 제어신호를 출력하는 단자(S2)를 통해, '로우'신호를 출력하게 되면, 스위칭용 트랜지스터(Q3)가 턴오프되며, 제2 릴레이가 동작하지 않는 상태를 보이게 된다 (도 6 우측 LED 참조).
이후, 제1 배터리 전압은 계속 감소하게 되며, 제1 배터리는 충전 도중에 있게 되는바, 도 6에서는 제2 배터리의 충전 상태가 80%임을 알 수 있다.
더 진행하여, 이제 제1 배터리의 전압이 일정 이상 떨어지거나 전류가 감소하거나 혹은 정해진 시간이 경과하여 충방전을 전환할 필요가 있을 경우, 제어부(20)는 릴레이 제어신호를 반대로 하게 되며, 역으로 제2 릴레이가 방전 모드로 되며, 제1 릴레이가 충전모드로 되고 있는 실제 동작 사진이다.
계속해서, 이상의 상기 제어 IC의 기본적인 제어 동작을 도 5를 참조하여 설명하면, 먼저 제1 배터리 및 제2 배터리의 순간 전압을 측정하고 각 전압 표시부(260, 270)를 통해 출력하며(S1, S2), 이후 측정된 양 배터리의 순간 전압(VB1, VB2)을 비교하여(S3), 만약 제1 배터리의 순간 전압(VB1)이 제2 배터리의 순간 전압(VB2) 보다 크면, 제1 릴레이를 턴온시켜 제1 배터리를 방전모드로 하고, 제2 릴레이를 턴오프시켜 제2 배터리를 충전모드로 한다(S4)(도 6 참조).
이후, 방전 모드에 있는 제1 배터리(1)의 전압 강하가 기준치(일예로 0.2V) 이상 하강하였는가 여부를 판단하여(S5), 그렇지 않으면 제1 및 제2 배터리 전압을 측정하여 표시하고 충전모드에 있는 제2 배터리의 충전 정도 및 충전 전압을 측정하여 표시하고, 계속해서 S4 내지 S6 단계를 반복한다.
한편, 상기 S5 단계에서의 판단 결과, 방전 모드에 있는 제1 배터리(1)의 전압 강하가 기준치(일예로 0.2V) 이상 하강하였다고 판단되면, 제1 릴레이 및 제2 릴레이를 반대로 스위칭하여 제1 배터리를 충전모드로, 제2 배터리를 방전 모드로 전환하게 되며(S7), 처음으로 리턴하여 이상을 반복하게 된다(S8).
역으로, 상기 S3 단계에서의 판단 결과, 제1 배터리의 순간 전압(VB1)이 제2 배터리의 순간 전압(VB2) 보다 작으면, 제2 릴레이를 턴온시켜 제2 배터리를 방전모드로 하고, 제1 릴레이를 턴오프시켜 제1 배터리를 충전모드로 한다(S14).
역시 이후, 방전 모드에 있는 제2 배터리(2)의 전압 강하가 기준치(일예로 0.2V) 이상 하강하였는가 여부를 판단하여(S15), 그렇지 않으면 제1 및 제2 배터리 전압을 측정하여 표시하고 충전모드에 있는 제1 배터리의 충전 정도 및 충전 전압을 측정하여 표시하고, 계속해서 S14 내지 S16 단계를 반복한다.
한편, 상기 S15 단계에서의 판단 결과, 방전 모드에 있는 제2 배터리(2)의 전압 강하가 기준치(일예로 0.2V) 이상 하강하였다고 판단되면, 제1 릴레이 및 제2 릴레이를 반대로 스위칭하여 제2 배터리를 충전모드로, 제1 배터리를 방전 모드로 다시 전환하게 되며(S7), 처음으로 리턴하여 이상을 반복하게 된다(S8).
제2 종래기술은 2개 이상의 이차전지를 이용하여 충방전을 반복하는 과정에서, 발생할 수 있는 기기파손이나 폭발의 위험성을 줄일 수 있는 것이다.
예를들면, 양 배터리가 모두 12.7V일 경우, 제1 배터리를 방전시켜 부하에 전력을 공급하다가, 12.5V가 되면 모드를 전환하게 되고, 제2 배터리를 방전 모드로 및 제1 배터리를 충전 모드로 하게 되어, 일예로 제2 배터리의 전압이 12.5V일 시점에서 제1 배터리는 12.6V로 재충전이 되어짐으로써, 비록 나중에는 모두 10.7V 미만으로 되어 방전을 전면 금지시켜야 하겠지만, 어쨋든 충방전을 교대로 행하되 안전하게 절환할 수가 있는 것이다.
더욱이, 완전방전 후에 충전하려면 델코 배터리의 경우에 10시간 이상을 충전하여야 하나, 제2 종래기술에 의하면 제1 배터리의 방전 도중에도 아무런 폭발이나 과열 위험없이 제2 배터리를 솔라셀 등의 외부 전원으로도 충전하는 것이 가능하여, 이와 같이 외부 보조전원을 사용하는 경우, 방전시간에 제한이 없게 된다는 추가적인 장점이 있다.
그런데, 이러한 전원의 절환은 일측에서의 턴오프와 타측에서의 턴온이 동시에 이루어져 순식간에 무단속으로 절환이 이루어져야 한다. 그러나, 이러한 순간적인 절환에 대해 상기 제2 종래기술은 별다른 특유의 장치를 제공하지 않고, 종래의 일반적인 절환장치를 상정하여 설명하였다.
더욱이, 종래의 독립형 태양광 발전 시스템은 낮에는 솔라셀에 연결된 축전지를 충전하고 밤에는 축전된 전력으로 비교적 조도에 비해 소비전력이 낮은 부하를 구동하는 방식이었으나, 제1 종래기술에 따르는 일반적인 축전지를 사용하는 관계로, 제1 종래기술에서 언급한 문제점으로 인하여 몇 시간 가동되지도 못하고 배터리가 소모되어 버리며, 솔라셀의 발전 용량 및 배터리의 축전 용량을 크게 하더라도 설사 처음에는 그런대로 동작하지만 몇 번 충전과 방전이 반복되다 보면, 축전지의 피로도가 쌓여 나중에는 완전충전이 되지 못하며 역시 몇시간 점등되지 못하고 배터리가 소모되어 버린다는 문제점이 있어, 상용 AC 전원과 연결되지 않고 독립적으로 사용되는 형태의 태양광 발전 시스템은 결국 대부분 실패하였다.
결국, 본 발명자는, 상술한 제1 및 제2 종래기술의 문제점 및 이에 따른 태양광 발전 시스템의 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 이차전지를 구비한 전원장치와 상기 전원장치 외부의 또다른 전원을 갖는 전력관리 시스템에서의 부하에 공급되는 전원의 절환을 일측에서의 턴오프와 타측에서의 턴온이 동시에 이루어져 순식간에 무단속으로 절환이 이루어지도록 하면서, 각 전원간의 조건을 최대한 활용하여 최대한 효율적인 전원 공급이 이루어지도록 하는 충방전 모드 전환 장치와 이차전지를 이용한 전원장치를 갖는 LED 태양광 발전 시스템을 제공하는 특허 제1563949호를 발명하였다.
상기 제3 종래기술에 의하면, 이차전지를 2개 이상 구비하여 하나의 이차전지를 이용해 대부분의 출력은 부하에 전원을 공급하면서 나머지 출력은 다른 하나의 이차전지 충전에 안전하게 이용함으로써 축전지를 교대로 안전하게 활용할 수 있는 충방전 모드 전환 장치와 이차전지를 이용한 전원장치를 갖는 LED 태양광 가로등 시스템이 제공될 수 있다.
그러나, 상기 제3 종래기술이 적용되는 이차전지를 이용한 전원장치(100)의 경우에는, 도 7a에서 보는 바와 같이, 인버터(30)에서 부하(50) 및 충전기(40)로 바로 가지 않고, 전환장치(300)를 통해서 접속되며, 이때 전환장치는 인버터(30)의 입력 외에도 상용 AC 전원(400) 및 유류 발전기와 같은 임시 발전기(500)의 입력을 가지며, 이들 적어도 3가지의 입력 중의 어느 하나의 입력을 부하 및 충전기로 출력하게 되며, 이들 전원을 절환할 경우에 미리 정해진 우선순위 및 조건에 따라 자동으로 정전 없이 절환되어 진다.
보다 구체적으로는, 이차전지를 이용한 전원장치(100)의 인버터(30)의 출력단자(30a)가 전환장치(300)의 인버터 입력단(INV_IN)(도 7a 및 도 8b 참조) 의 양 입력단자 'INV1' 및 'INV2' (도 8b 참조) 에 접속되어 진다.
유사하게, 상용 AC 전원(400)의 양 단자가 전환장치(300)의 AC 입력단(AC_IN)의 양 입력단자 'AC1' 및 'AC2' (도 8b 참조) 에 접속되어 지며, 발전기(500)의 양 단자가 전환장치(300)의 발전기 입력단(GEN_IN)의 양 입력단자 'GEN1' 및 'GEN2' (도 8b 참조) 에 접속되어 진다.
전환장치(300)의 부하 출력단자 (L1, L2)(도 7a 및 도 8b 참조) 는 부하의 단자(50a)에 접속되어 지며, 이와 병렬 접속된 제2 출력단자(PL1)는 추가적인 출력장치에 필요에 따라 선택적으로 접속 가능하도록 일례로 콘센트로 구성되어질 수 있고, 또다른 출력단자(PL2)는 충전기(40)의 입력단자(40a)에 접속되어 진다.
이제, 도 8a 내지 도 9를 참조하여, 이상의 상기 제3 종래기술의 충방전 모드 전환 장치와 이차전지를 이용한 전원장치를 갖는 LED 태양광 가로등 시스템에 사용되는 전환장치의 충방전 모드 전환 회로 및 방법에 대하여 설명한다.
상기 전력관리 시스템에 사용되는 이차전지를 이용한 전원장치의 충방전 모드 전환 회로는, 도 8a 내지 도 8d에서 보는 바와 같이, 입력부(310)(도 8b), 출력부(320)(도 8c 및 도 8d) 및 이들을 제어하는 제어부(330)(도 8a)로 구성된다.
먼저, 시스템이 동작하게 되면, 가장 우선순위에 있는 인버터의 전원이 '온'인지 여부를 체크하게 되는바(S1), 이는 인버터 파워를 입력부(310)의 입력단(INV_IN)을 통해 제어부(330) CPU의 'RB5' 단자의 입력이 '하이'인지 여부로 검사하게 된다.
인버터 전원이 '온'이면, 배터리가 장착되었거나 적어도 배터리로부터 인버터를 통해 의미있는 파워가 출력되고 있음을 의미하므로, 이제 배터리 전압을 체크하여 배터리 출력 전압(Vt)이 허용 상한치인 제2 기준전압(Vr2) 이상인지 여부를 체크하게 된다(S3). 대체로 제2 기준전압은 배터리가 과충전되는지 여부를 체크하기 위한 것으로, 일례로 델코 납축전지 배터리의 경우에는 12.3V 정보가 적합하다. 만약, 상기 S1 단계에서, 인버터 전원이 '오프'이면, 배터리가 장착되지 않았거나 적어도 배터리로부터 인버터를 통해 의미있는 파워가 출력되지 않음을 의미하므로, 후술하는 바와 같이 다음 순위의 상용 AC 전원의 정전 여부를 체크하는 S7 단계로 이행한다.
상기 S3단계는, 전원장치(100)의 배터리(BAT-1, BAT-2) 단자의 전압(12V+ 및 12V-)을 직접 혹은 분압저항을 사용하여 계량화된 전압으로 하여, CPU의 'RA0' 단자를 통해 체크하게 된다.
이제, 상기 S3 단계에서 판단 결과, 배터리 출력 전압(Vt)이 제2 기준전압(Vr2) 이상이라면(Vt≥Vr2), 전원장치의 배터리가 과충전되었음을 의미하므로, 충전 동작을 정지시키고 (도 8a 및 도 8c의 CPU 출력단 'RB3'를 '로우'로 함), 배터리 전압이 충분하므로 인버터를 부하 출력으로 연결하게 되고 (도 8a 및 도 8c의 CPU 출력단 'RB1'를 '하이'로 함)(S4), 처음으로 리턴한다.
만약, 상기 S3 단계에서의 판단 결과, 배터리 출력 전압(Vt)이 제2 기준전압(Vr2) 이상이 아니면(Vt<Vr2), 배터리 전압이 허용 하한치인 제1 기준전압(Vr1) 이하인지 여부를 체크하게 된다(S5).
그리하여, 배터리 출력 전압(Vt)이 제1 기준전압(Vr1) 이하가 아니면(Vt>Vr1), 배터리 전압이 허용 상한치 이하 및 허용 하한치 이상인 정상치에 있는 것이므로(Vr1≤Vt≤Vr2), 인버터 전원 스위칭회로부(321)를 '온' 상태로 유지함으로써, 부하를 인버터에 계속해서 연결하는 동작을 유지하고 ('RB1'을 '하이'로 유지)(S6), 이후 배터리 출력 전압(Vt)이 제1 기준전압(Vr1) 이하로 떨어질 때까지 상기 S5 및 S6 단계를 반복한다.
반면, 배터리 출력 전압(Vt)이 제1 기준전압(Vr1) 이하이면(Vt≤Vr1), 배터리가 연결은 되어 있으나, 방전을 해서는 안 되는 상황이므로, 상용 AC 전원을 부하에 연결하고 동시에 상용 AC 전원으로 배터리를 충전하여야 한다.
이를 위해, 두번째 우선순위에 있는 상용 AC 전원이 '온'인지 여부를 체크하게 되는바(S7), 이는 상용 AC 전원의 파워를 입력부(310)의 입력단(AC_IN)을 통해 제어부(330) CPU의 'RB4' 단자의 입력이 '하이'인지 여부로 검사하게 된다.
상용 AC 전원이 '온'이면, 상용 AC 전원이 정전이 아닌 정상 상태이므로, 부하를 즉시 (무정전 상태로) AC 전원으로 전환하고 (도 8a 및 도 8c의 CPU 출력단 'RB1'를 '로우'로 하고, 'RB0'을 '하이'로 함)(S11), 아울러 상용 AC 전원으로 베터리를 충전하는 동작을 병행하게 된다 (도 8a 및 도 8c의 CPU 출력단 'RB3'을 '하이'로 함)(S13).
한편, 상기 S13 단계에서 충전과 동시에 타이머(Tc)를 리셋하고 타이머를 동작시키는바, 이는 일정 시간 (일례로 1~2 시간) 이상 배터리를 충전하지 못하도록 하기 위함이다. 이와 같이 배터리 충전 중지를 배터리의 전압으로 제어하는 외에도 충전 시간으로 제어하는 이유는, 가령 배터리가 노후화되어 아무리 충전해도 충전 과전압까지 배터리 전압이 이르지 않을 수 있기 때문에, 안전상 일정 시간 이상을 충전하지 못하도록 하기 위함이다.
이를 위해, 다음 단계인 S15 단계에서, 충전 시간(Tc)이 기준 시간(Tr) 이상인지 여부를 체크하여, '예스'이면, 충전을 정지시키고 (도 8a 및 도 8c의 CPU 출력단 'RB3'을 '로우'로 함)(S16), 처음으로 리턴한다.
그러나, 상기 S15 단계에서의 판단 결과, '노우' 이면, 과충전인지 여부를 체크하기 위해, 배터리 출력 전압(Vt)이 제2 기준전압(Vr2) 이상인지 여부를 체크하여(Vt≥Vr2 ?), 그렇지 않으면 계속 충전해도 되므로 AC 전원의 '온' 상태 여부를 체크하여(S19) 상기 S15, S17 및 S19 단계를 반복한다.
그러나, 만약 상기 S17 단계에서의 판단 결과, 배터리 출력 전압(Vt)이 제2 기준전압(Vr2) 이상이라면(Vt≥Vr2), 전원장치의 배터리가 충분히 충전되었음을 의미하므로, 부하 전원을 인버터로 전환하고 (도 8a 및 도 8c의 CPU 출력단 'RB0'를 '로우'로 하고, 'RB1'을 '하이'로 함)(S18), 충전 동작을 정지시키며 (도 8a 및 도 8c의 CPU 출력단 'RB3'를 '로우'로 함)(S16), 처음으로 리턴한다.
한편, 상기 S7 단계 혹은 상기 S19 단계에서의 판단 결과, AC 전원이 '온'이 아니면, 이는 사용 AC 전원이 정전 상태임을 의미하므로, 부하에 계속적인 무단속 파워를 공급하기 위해, 발전기 가동을 시작하게 되며(S8), 부하 전원을 발전기로 전환하게 된다(S9).
그리고 발전기로의 전환은, 도 8a 및 도 8d의 CPU 출력단 'RB1'을 '로우'로 하고, 'RB2'를 '하이'로 함으로서, 도 8d에서 보는 바와 같은 발전기 전원 스위칭회로부(322)가 동작하도록 함으로써, 행해진다. 이후, 처음으로 리턴하여, 다시 전체를 반복하여 수행한다.
상술한 제3 종래기술에 의하면, 이차전지를 2개 이상 구비하여 하나의 이차전지를 이용해 대부분의 출력은 부하에 전원을 공급하면서 나머지 출력은 다른 하나의 이차전지 충전에 안전하게 이용함으로써 축전지를 교대로 안전하게 활용할 수 있는 충방전 모드 전환 장치와 이차전지를 이용한 전원장치를 갖는 LED 태양광 가로등 시스템이 제공될 수 있다.
그러나, 상기 제1 내지 제3 종래기술 공히, 사용 전압이 기껏해야 수십 볼트 (일례로, 12~48V)이고 용량도 수백 와트에 불과한 경우에 대해 적용되는 기술이다. 그러나, 최근 환경 보호 및 탄소 배출권이 크게 이슈화되어 있어 급기야 전에는 배터리 때문에 감히 생각지도 못했던 수백 킬로와트 내지 수 메가와트 급의 태양광 발전 시스템을 고려할 수 있게 되었다. 일례로 개별 공장에서 1 메가와트 급의 태양광 발전 시스템을 구축하려면 수 억원의 비용이 소요되는 배터리 어레이(배터리 뱅크)를 구축하여야 하는바, 전에는 천문학적인 배터리 비용 때문에 태양광 발전을 포기하였으나, 이제 탄소 배출권을 가지고 충분히 배터리를 구입할 수 있는 가능성이 열렸다.
다만, 그럼에도 불구하고 2차 전지의 수명이 항상 문제가 되었었는바, 본 발명자는, 본 발명자의 상기 선등록 발명들의 충방전 전환 장치를 응용하면 배터리의 수명이 길어져서, 배터리 어레이(배터리 뱅크)를 탄소 배출권의 반사 이익에 준하여 구축하는 것이 충분히 가능함을 확인하였다.
마지막 문제는, 상기 종래 기술의 충반전 전환 장치의 스위칭 장치는 수백 볼트의 직류 고전압 (일례로 DC 750V/2500A)의 대용량 (일례로 1.8MW) 충방전 시스템에 상기 본 발명자의 충방전 시스템을 적용하자면, 스위칭 절환시 접점에서 아크 방전이 발생하게 되면서 도 3a 및 도 3b의 전환장치의 접점이 녹아 파손되어 버린다는 점이다. 이는 일단 고전압 고용량이기 때문이며, 더욱이 철도 전원 공급 장치에서와 같이 교류의 경우라면 전압이 제로점인 순간에 절환하는 등의 방식이 가능하지만, 직류의 절환에서는 그것이 불가능하며, 직류의 경우에는 절환시에도 접점에서 쇼트가 계속해서 유지되기 때문에 거대한 아크 불꽃을 일으키며 접점이 녹아버리는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 제1 내지 제3 종래기술의 적용을 직류 고전압 고용량의 경우까지 확장하기 위한 것으로, 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치를 제공하고, 더 나아가 이차전지를 구비한 전원장치에서의 충방전의 동시 절환을 위해 일측에서의 턴오프와 타측에서의 턴온이 동시에 이루어져 순식간에 무단속으로 절환이 이루어지도록 하면서, 더 나아가 태양광 발전이 어려운 상황에서는 상용 AC 전원까지도 본 발명의 시스템에 아무런 문제없이 적용할 수 있도록 하는, 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치는, 복수개의 이차 전지들이 직병렬 연결되어 있는 고전압 대용량의 제1 배터리 뱅크(1'); 상기 제1 배터리 뱅크(1')와 대응되도록 복수개의 이차 전지들이 직병렬 연결되어 있는 고전압 대용량의 제2 배터리 뱅크(2'); 상기 제1 배터리 뱅크(1')와 상기 제2 배터리 뱅크(2') 중의 어느 일측 배터리 뱅크를 부하측으로 접속하면서 동시에 다른 타측 배터리 뱅크는 부하측과 차단시키는 방전부(1000); 상기 제1 배터리 뱅크(1')와 상기 제2 배터리 뱅크(2') 중의 상기 타측 배터리 뱅크를 충전기측으로 접속하면서 동시에 다른 타측 배터리 뱅크는 충전기측과 차단시키는 충전부(2000); 및 상기 방전부(1000) 및 상기 충전부(2000)의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 컨트롤러(3000); 를 포함하며, 상기 방전부(1000) 및 상기 충전부(2000)는 무접점 방식의 스위칭 방식을 채용하는 것을 특징으로 한다.
상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 대용량의 이차전지 어레이(배터리 뱅크)를 2벌 이상 구비하여 한 벌의 이차전지 어레이(배터리 뱅크)를 이용해 대부분의 출력은 부하에 전원을 공급하면서 나머지 출력은 다른 한 벌의 이차전지 어레이(배터리 뱅크)의 충전에 안전하게 이용함으로써 대용량의 고전압 축전지들을 교대로 안전하게 활용할 수 있도록 하는 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치 및 이를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치가 제공될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 이차 전지 충방전 전원 장치에 의하면, 수백 킬로와트 내지 수 메가와트 급의 대용량 태양광 발전이 단일 공장이나 사업체에서 경제적으로 가능하면서도 태양광 발전이 불가능한 시기에는 상용 AC 전원과 같은 다른 종류의 전원으로도 충전이 가능한 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치가 가능하다.
도 1은 제1 종래기술에 따른 두 개의 배터리들 및 교환기 스위치를 가진 발전기를 도시하는 도면.
도 2는 제2 종래기술에 따른 전원장치의 전체 구성도.
도 3a는 도 2의 릴레이의 전방 사시사진.
도 3b는 도 2의 릴레이의 후방 사시사진.
도 4a~도 4d는 도 2의 제어부의 회로도.
도 5는 도 4a~도 4d의 제어부의 제어 동작을 나타내는 흐름도.
도 6은 제2 종래기술에 따른 전원장치의 배터리 1이 방전상태인 경우의 외관 사진으로서 배터리 2의 충전 정도가 디스플레이되고 있는 상태의 실제 동작 사진.
도 7a는 제3 종래기술에 따른 충방전 모드 전환 회로를 이용한 전력관리 시스템의 회로도.
도 7b는 제3 종래기술에 따른 충방전 모드 전환 회로를 이용한 전력관리 시스템의 구성도.
도 8a 내지 도 8d는 도 7a의 전환장치의 충방전 모드 전환 회로의 회로도로서,
도 8a는 충방전 모드 전환 회로의 제어부이고,
도 8b는 충방전 모드 전환 회로의 입력부이고,
도 8c는 충방전 모드 전환 회로의 제1 출력부이고,
도 8d는 충방전 모드 전환 회로의 제2 출력부.
도 9는 도 8의 제어부(CPU)의 동작 흐름도.
도 10은 본 발명에 따른 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치의 구성도.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치의 실제 제품 사진.
도 13은 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치의 회로도.
도 14는 본 발명에 따른 이차전지를 이용한 전원장치의 제어부의 동작 흐름도.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에 따른 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치에 대하여, 도 10 내지 도 12를 참조하여 상술한다.
상기 도 10에서의 본 발명의 전원 장치(100')는, 도 7b의 본 발명자의 선등록의 전원장치(100)와 유사하며, 다만, 후술하는 바와 같이, 상기 종래기술에서는 12V의 저전압용이므로 충방전 모드 전환을 위하여 릴레이부(10)가 스위칭 동작에 사용되었으나, 본 발명에서는 고전압 대용량인 관계로 이를 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭부(10')로 대치된 점이 근본적으로 상이하다. 이에 대해서는 후에 상술한다.
즉, 도 10에서 보는 바와 같이, 본 발명의 전원 장치(100')는, 복수개의 이차 전지들이 직병렬 연결되어 있는 고전압 대용량의 제1 배터리 뱅크(1'); 상기 제1 배터리 뱅크(1')와 대응되도록 복수개의 이차 전지들이 직병렬 연결되어 있는 고전압 대용량의 제2 배터리 뱅크(2'); 상기 제1 배터리 뱅크(1')와 상기 제2 배터리 뱅크(2') 중의 어느 일측 배터리 뱅크를 부하측으로 접속하면서 동시에 다른 타측 배터리 뱅크는 부하측과 차단시키는 방전부(1000)와, 상기 제1 배터리 뱅크(1')와 상기 제2 배터리 뱅크(2') 중의 상기 타측 배터리 뱅크를 충전기측으로 접속하면서 동시에 다른 타측 배터리 뱅크는 충전기측과 차단시키는 충전부(2000)와, 상기 방전부(1000) 및 상기 충전부(2000)의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 컨트롤러(3000)를 포함하는 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치(10'); 및 상기 무접점 스위칭 장치(10')를 제어하는 제어부(20'); 를 포함하여 이루어지며, 상기 제어부(20')는 어느 일 시점에서는 상기 제1 배터리 뱅크(1')가 방전 모드이면서 동시에 상기 제2 배터리 뱅크(2')는 충전 모드로 되도록 제어하다가, 다른 시점에서는 상기 제1 배터리 뱅크(1')가 충전 모드이면서 동시에 상기 제2 배터리 뱅크(2')는 방전 모드로 되도록 제어하되, 충방전 모드는 상기 제1 배터리 뱅크(1')와 상기 제2 배터리 뱅크(2')의 배터리 전압을 감지하여 일정 값 이상 높은 배터리 뱅크를 방전 모드로, 일정 값 이상 낮은 배터리 뱅크를 충전 모드로 제어하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 배터리 뱅크는 주로, 솔라셀(60)에 의해 충전되는 전력을 배터리 뱅크의 전압에 적합하도록 승압하여 인가하는 솔라셀 드라이버(61)에 의해 전원을 공급받게 되며, 상기 솔라셀 드라이버로부터의 충전 전압이 일정치 이하이면 상기 솔라셀 드라이버 대신 상용 AC 전원(400)으로 충전되도록 상용 AC 전원도 단점이면, 비상용 발전기(500)로부터 상기 배터리 뱅크의 충전이 이루어지도록 절환하는 전환장치(트랜스퍼)(300)가 더 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 방전부(1000)는, 도 13에서 보는 바와 같이, 상기 제1 배터리 뱅크(1')와 접속되어 상기 부하측으로의 접속 여부를 스위칭하는 제1 무접점 스위치(1100); 상기 제2 배터리 뱅크(2')와 접속되어 상기 부하측으로의 접속 여부를 스위칭하는 제2 무접점 스위치(1200); 를 포함하며, 상기 충전부(2000)는, 상기 제2 배터리 뱅크(2')와 접속되어 상기 충전기로부터의 접속 여부를 스위칭하는 제3 무접점 스위치(2100); 상기 제1 배터리 뱅크(1')와 접속되어 상기 충전기로부터의 접속 여부를 스위칭하는 제4 무접점 스위치(2200); 를 포함하며, 상기 제1 무접점 스위치(1100) 내지 제4 무접점 스위치(2200)의 각각의 제1 게이트 컨트롤 신호 내지 제4 게이트 컨트롤 신호는 상기 게이트 컨트롤러(3000)로부터 오되, 상기 제1 게이트 컨트롤 신호와 제3 게이트 컨트롤 신호가 동기화되며, 상기 제2 게이트 컨트롤 신호와 제4 게이트 컨트롤 신호가 동기화되어지되, 상기 게이트 컨트롤 신호들은 상호 교호적으로 게이트 컨트롤 제어가 이루어지도록 한다.
이때, 상기 제1 무접점 스위치(1100)는, 애노드가 제1 배터리 뱅크(1')에 접속되고 캐소드는 부하측에 접속되며 게이트는 제1 GTO 드라이버(U1)에 접속되는 제1 GTO 사이리스터(D1)이며, 상기 제2 무접점 스위치(1200)는, 애노드가 제2 배터리 뱅크(2')에 접속되고 캐소드는 부하측에 접속되며 게이트는 제2 GTO 드라이버(U3)에 접속되는 제2 GTO 사이리스터(D3)이며, 상기 제3 무접점 스위치(2100)는, 캐소드가 제2 배터리 뱅크(2')에 접속되고 애노드는 충전기측에 접속되며 게이트는 제3 GTO 드라이버(U6)에 접속되는 제3 GTO 사이리스터(D5)이며, 상기 제4 무접점 스위치(2200)는, 캐소드가 제1 배터리 뱅크(1')에 접속되고 애노드는 충전기측에 접속되며 게이트는 제4 GTO 드라이버(U9)에 접속되는 제4 GTO 사이리스터(D7)이며, 상기 제1 GTO 드라이버(U1) 내지 제4 GTO 드라이버(U9)는 각각, 상기 제1 게이트 컨트롤 신호 내지 제4 게이트 컨트롤 신호에 의해 상기 제1 GTO 사이리스터(D1) 내지 제4 GTO 사이리스터(D7)의 게이트에 정방향 점호 펄스 혹은 역방향 소호 펄스를 인가하도록 한다.
아울러, 상기 본 발명자의 종래기술의 릴레이부(10)의 충방전 전환을 위한 스위칭 제어신호의 공급을 위한 제어부(20)(도 4a~도 4d 참조)의 경우, 본 발명에서도 거의 그대로 채용되나, 다만 제1 릴레이(RLY1)의 제어신호가 온 신호 (
Figure PCTKR2017008518-appb-I000002
='LOW')이면, 종래기술의 경우, 제1 스위치(SW1)가 ON 상태이도록 제어함에 따라 상기 제1 릴레이의 가동단자가 제1 배터리(1)를 인버터(30)에 연결하여 줌으로써 상기 제1 배터리가 방전모드로 동작하도록 동작하는바, 본 발명에서는 제1 무접점 스위치(1100) 및 제3 무접점 스위치(2100)가 턴온되도록 게이트 컨트롤러(3000) 및 GTO 드라이버들을 제어하여 (이때 당연히 제2 무접점 스위치(1200) 및 제4 무접점 스위치(2200)는 턴오프되도록 게이트 컨트롤러(3000) 및 GTO 드라이버들이 제어되어야 함), 제1 배터리 뱅크(1')가 방전모드로 지정되도록 한다는 점에서 차이가 있을 뿐, 상기 제어부(20) 회로 내에서의 동작에는 근본적인 차이가 없다.
반면 제2 릴레이(RLY2)의 제어신호가 온 신호(
Figure PCTKR2017008518-appb-I000003
='LOW')이면, 상기 종래기술의 경우에는, 제2 솔레노이드(124)가 '온'이고, 제2 배터리(2)의 (-)단자는 '제2 배터리 연결판(16)-제2 릴레이 가동단자(120)-제2 릴레이 제2 고정단자(122)-인버터 연결판(14)-인버터(30)'를 통해 방전모드에 있게 되나, 본 발명에서는, 제2 무접점 스위치(1200) 및 제4 무접점 스위치(2200)가 턴온되도록 게이트 컨트롤러(3000) 및 GTO 드라이버들이 제어되어 (이때 당연히 제1 무접점 스위치(1100) 및 제3 무접점 스위치(2100)는 턴오프되도록 게이트 컨트롤러(3000) 및 GTO 드라이버들이 제어됨), 제2 배터리 뱅크(2')가 방전모드로 지정되도록 한다는 점에서 역시 상기 제어부(20) 회로 내에서의 동작에는 근본적인 차이가 없다.
한편, 상기 도 10에서의 본 발명의 전원 장치(100')의 무접점 스위칭부(10')에 대해서는, 종래기술의 릴레이부(10)와 근본적으로 차이가 있는바, 본 발명에서는 고전압 대용량인 관계로, 우선 각 배터리 뱅크(1',2')가 방전부(1000)와 결합될 것인지, 아니면 충전부(2000)와 결합될 것인지를, 게이트 컨트롤러(3000)에서 결정하게 된다.
물론, 상기 게이트 컨트롤러(3000)를 컨트롤하는 제어부(20')는, 상술한 바와 같이, 상기 종래기술의 그것과 거의 흡사하게 동작하며, 다만, 전압의 차이나 용량에 차이에 입각한 차이는 당업자에게 있어서 당연할 것이다.
도 10에서의 미설명 부호 '300' 역시, 종래기술의 전환장치(300)와 동일하며, 이에 대해서는 역시 도 8a 내지 도 9의 설명으로부터 당업자에게 있어서 당연할 것이다.
이제, 도 10 및 도 13을 참조하여, 본 발명에 따른 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 솔라셀(도 10의 60)로부터 충전된 DC 전원(일례로 500V)이 솔라셀 드라이버(61)에 의해 본 발명의 제1 및 제2 고전압 고용량 배터리 뱅크(1',2')의 전압(일례로 750V)의 충전용으로, 상기 고전압보다 조금 더 높은 전압(일례로 820V)로 승압되어, 본 발명의 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치 중에서 충전부(도 13의 2000)로 공급되어지며, 한편 제1 및 제2 고전압 고용량 배터리 뱅크(1',2')의 출력은 방전부(1000)를 통해 인버터(30) 및 부하(50) 단으로 접속되어진다.
그리하여, 상술한 바와 같이, 상기 제어부(20, 20')에서의 제1 스위칭 신호가 '온'으로 출력되면, 도 13의 본 발명의 무접점 스위칭부(10')의 게이트 컨트롤러(3000)의 콘트롤러 칩(U7)에서는, 단자 'OUT_CH1' 및 단자 'OUT_CH3'을 통해 '온'신호를 출력하며, 이에 응하여 제1 무접점 스위치(1100)의 제1 GTO 사이리스터(Gate Turn Off thyrister)(D1)의 드라이버(U1)는 제1 GTO 사이리스터(D1)의 게이트에 정전류를 흘려서 제1 GTO 사이리스터를 턴온시키도록 제어하는바, 이에 상기 제1 배터리 뱅크(1')의 (+)단자(BATTERY_BANK1_PLUS)(제1 GTO 사이리스터(D1)의 애노드측)가 부하측 인버터 단자(LOAD+OUTPUT)(제1 GTO 사이리스터(D1)의 캐소드측)와 턴온되어, 결국 제1 배터리 뱅크(1')가 방전모드로 지정된다.
이 경우, 게이트 컨트롤러(3000)의 콘트롤러 칩(U7)은, 항상 단자 'OUT_CH1' 및 단자 'OUT_CH3'에 동일한 신호를 출력하며, 따라서 제1 무접점 스위치(1100)의 제1 GTO 사이리스터(D1)의 드라이버(U1)와 제3 무접점 스위치(2100)의 제3 GTO 사이리스터(D5)의 드라이버(U6)는 동기화되고, 따라서, 제3 GTO 사이리스터(D5)의 드라이버(U6)는 제3 GTO 사이리스터(D5)의 게이트에 정전류를 흘려서 제3 GTO 사이리스터를 턴온시키도록 제어하는바, 충전기측인 솔라셀 드라이버(61)의 입력단자(CHARGE+INPUT)(제3 GTO 사이리스터(D5)의 애노드측)가 제2 배터리 뱅크(2')의 (+)단자(BATTERY_BANK2_PLUS)(제3 GTO 사이리스터(D5)의 캐소드측)와 턴온되어, 결국 제2 배터리 뱅크(2')는 역으로 충전모드로 지정된다.
참고로 각 (-)단자는 공통 접지되어 진다.
한편, 상기 제어부(20')는, 상기와 같이, "제1 배터리 뱅크(1')-방전모드" 및 "제2 배터리 뱅크(2')-충전모드"의 상태에서도, 도 5에서와 유사하게, 제1 배터리 뱅크(1')와 제2 배터리 뱅크(2')의 전압을 비교하여, 만약 제1 배터리 뱅크(1')가 충분히 방전되고 제2 배터리 뱅크(2')가 충분히 충전되어, 제1 배터리 뱅크(1')의 전압이 제2 배터리 뱅크(2')의 전압보다 기 설정된 소정치 이하로 떨어지면, 혹은 방전 모드의 배터리 뱅크의 전압이 소정치 떨어지면 (일례로 방전 시작시 보다 1V ~ 2V 떨어지면), 충방전 모드를 절환하게 되는바, 이제 상기 제어부(20, 20')에서의 제2 스위칭 신호가 '온'으로 출력되도록 제어하게 된다.
그러면, 도 13의 본 발명의 무접점 스위칭부(10')의 게이트 컨트롤러(3000)의 콘트롤러 칩(U7)에서는, 단자 'OUT_CH2' 및 단자 'OUT_CH4'를 통해 '온'신호를 출력하며, 이에 응하여 제2 무접점 스위치(1200)의 제2 GTO 사이리스터(D3)의 드라이버(U3)는 제2 GTO 사이리스터(D3)의 게이트에 정전류를 흘려서 제2 GTO 사이리스터를 턴온시키도록 제어하는바, 이에 상기 제2 배터리 뱅크(2')의 (+)단자(BATTERY_BANK2_PLUS)(제2 GTO 사이리스터(D3)의 애노드측)가 부하측 인버터 단자(LOAD+OUTPUT)(제2 GTO 사이리스터(D3)의 캐소드측)와 턴온되어, 결국 제2 배터리 뱅크(2')가 방전모드로 지정된다.
이 경우, 게이트 컨트롤러(3000)의 콘트롤러 칩(U7)은, 항상 단자 'OUT_CH2' 및 단자 'OUT_CH4'에 동일한 신호를 출력하며, 따라서 제2 무접점 스위치(1200)의 제2 GTO 사이리스터(D3)의 드라이버(U3)와 제4 무접점 스위치(2200)의 제4 GTO 사이리스터(D7)의 드라이버(U9)가 동기화되고, 따라서, 제4 GTO 사이리스터(D7)의 드라이버(U9)는 제4 GTO 사이리스터(D7)의 게이트에 정전류를 흘려서 제4 GTO 사이리스터를 턴온시키도록 제어하는바, 충전기측인 솔라셀 드라이버(61)의 입력단자(CHARGE+INPUT)(제4 GTO 사이리스터(D7)의 애노드측)가 제1 배터리 뱅크(1')의 (+)단자(BATTERY_BANK1_PLUS)(제4 GTO 사이리스터(D7)의 캐소드측)와 턴온되어, 결국 제1 배터리 뱅크(1')가 이번에는 충전모드로 지정된다.
추가적으로, 이러한 "제1 배터리 뱅크(1')-방전모드" 및 "제2 배터리 뱅크(2')-충전모드"의 상태로의 전환시에는, 당연히 제1 GTO 사이리스터(D1) 및 제3 GTO 사이리스터(D5)는 턴오프되어야 하는바, 이들 GTO를 턴오프해 주기 위해서는 제1 및 제3 GTO 드라이버(U1, U6)은 각각 제1 GTO 사이리스터(D1) 및 제3 GTO 사이리스터(D5)의 게이트에 상당한 크기의 부전류(역방향 전류)의 소호펄스를 가해주어야 한다. 일례로 본 발명의 전원 장치의 주 회로 전류가 400A라고 한다면, 최소한 그 1/5 가량의 역전류를 가해주어야 하며, 확실한 턴오프를 위해서는 그 절반인 200A의 역전류를 가해주는 것이 바람직하다.
참고로, GTO 사이리스터의 전류는 항상 애노드에서 캐소드로 흐르며, 게이트에 양(+)전류를 흘리면 '온'되고, (-)전류를 흘리면 '오프'되는 사이리스터이며, SCR 사이리스터와 달리 음의 게이트 전류 펄스에 의하여 턴 오프가 가능하며, 일단 오프되면 게이트 전류 없이도 오프 상태를 유지하는 트리거 오프(trigger off) 기능을 가진다. 즉, SCR은 게이트를 통해서 신호를 주고 '온'만 가능하고 '오프'하려면 게이트가 아닌 애노드 쪽의 극성을 부(-)해 주어야만 가능하지만, GTO는 게이트에 정(+) / 부(-)신호를 주므로 인하여 간단하게 온/오프를 시킬 수 있는 것이 SCR과 다른 점이다. GTO는 게이트 전류의 흐르는 방향에 따라 턴온 및 턴오프될 수 있는 자기소호형 소자이다. 게이트 조작에 의해서만 턴오프시킬 수 있다는 장점이 있는바, 즉, 게이트에 부(-)신호를 가함으로써 pnp 또는 npn의 한쪽의 전류전달률을 감소시킴으로 인하여 전류전달률이 점점 적어지고 '온' 상태의 조건이 만족되어지지 않음으로 인하여 턴오프된다. 다만, 턴오프 했을 때 애노드와 캐소드 간에 일시적으로 발생하는 스파이크 전압을 완화하기 위한 다이오드, 저항기, 콘덴서를 이용한 부가 회로(스너버 회로)가 반드시 필요하다. 상기 제1 무접점 스위치(1100)에서의 제1 콘덴서(C1), 제2 다이오드(D2) 및 제1~제3 저항(R1~R3)이, 상기 제1 GTO 사이리스터(D1)에 대한 부가회로이다.
참고로, 상기 도 13의 회로에서, 제어 전원으로서 상용전원을 정류한 DC 110V 전원이 사용되는바, 제1 DC-DC 컨버터(U10)는 제1 DC팬(MG1)에 파워를 공급하기 위한 강압장치이고, 제2 DC-DC 컨버터(U11)는 제2 DC팬(MG2) 및 상기 게이트 컨트롤러(3000)에 파워를 공급하기 위한 강압장치이다.
역시, 상술한 바와 같이, 본 발명의 GTO 드라이버들은 GTO 사이리스터의 게이트에 상당히 큰 펄스파를 제어신호로 공급해 주어야 하므로, 각각의 드라이버에 전원을 공급하는 전원 공급 소자(U2, U4, U5, U8)를 필요로 한다.
마지막으로, 도 10에서 보는 바와 같이, 태양광 발전이 곤란한 상황에서는, 도 10의 전환장치(트랜스퍼)(300)를 인버터(30)와 부하(50) 사이에 추가하여, AC 상용전원(400)으로 본 발명의 배터리 뱅크를 충방전하는 것이 가능하며, 더욱이 AC 상용전원도 단전인 경우에는 비상발전기(500)를 사용하여 충방전하는 비상 대책이 가능하며, 이에 대해서는 역시 본 발명자의 선등록 특허 제1539094호의 기술인 본 첨부도면 도 8a 내지 도 9의 기술을 사용할 수 있다. 즉, 일반적으로는 솔라셀 드라이버(61)가 솔라셀(60)에 의해 충전되는 전력을 배터리 뱅크의 전압(일례로 750V)에 적합하도록 (일례로 830V로) 승압하여 상기 충전부(2000)에 인가하나, 상기 전환장치(트랜스퍼)(300)는, 상기 배터리 뱅크의 전압을 체크하여, 상기 배터리 벵크의 전압이 일정치 이하이면, 상기 솔라셀 드라이버 및 배터리 뱅크 대신 상용 AC 전원(400)으로 충전기(40)를 통해 상기 배터리 뱅크의 충전이 이루어지도록 상기 충전기(40)를 상기 충전부(2000)와 접속되게 스위칭한다. 그리고, 이러한 전환장치(300)의 구체적인 배선 및 접속방법은 당업자라면 본 발명자의 선등록 특허 제1539094호의 기술로부터 용이하게 구현할 수 있을 것이다.
이제, 본 발명의 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치 및 이를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 수 백개의 배터리들이 직렬로 혹은 직병렬로 연결되어 고전압 대용량 (수백볼트의 고전압에 수백 킬로와트 내지 수 메가 와트급의 대용량) 의 배터리 뱅크를 2벌로 구성한다. 3벌 이상으로도 구현할 수 있기는 하나, 이러한 경우 배터리의 값이 수 억원에 이르므로 2벌로 하는 것이 보다 경제적이다.
그리하여, 제1 배터리 뱅크(1')를 방전부(1000)의 제1 무접점 스위치(1100)(즉, 제1 GTO 사이리스터(D1))에 접속하고, 제2 배터리 뱅크(2')를 방전부(1000)의 제2 무접점 스위치(1200)(즉, 제2 GTO 사이리스터(D3))에 접속하며,
유사하게, 제1 배터리 뱅크(1')를 충전부(2000)의 제4 무접점 스위치(2200)(즉, 제4 GTO 사이리스터(D7))에 접속하고, 제2 배터리 뱅크(2')를 충전부(2000)의 제3 무접점 스위치(2100)(즉, 제3 GTO 사이리스터(D5))에 접속하게 된다.
계속해서, 이상의 상기 제어부(20')의 기본적인 제어 동작을 도 14를 참조하여 설명하면, 먼저 제1 배터리 뱅크(1') 및 제2 배터리 뱅크(2')의 순간 전압을 측정하고 각 전압 표시부를 통해 출력하며(S1, S2), 이후 측정된 양 배터리의 순간 전압(VB1, VB2)을 비교하여(S3), 만약 제1 배터리 뱅크(1')의 순간 전압(VB1)이 제2 배터리 뱅크(2')의 순간 전압(VB2) 보다 크면, 제1 무접점 스위치(110)를 턴온시켜 제1 배터리 뱅크(1')를 방전모드로 하고 (이때 제4 배터리 뱅크(2200)는 오프됨), 제3 무접점 스위치(2100)를 턴오프시켜 제2 배터리 뱅크를 충전모드로 한다 (이때 제2 배터리 뱅크(1200)는 오프됨)(S4)(도 13 참조).
이후, 방전 모드에 있는 제1 배터리 뱅크(1')의 전압 강하가 기준치(일예로 1V 내지 2V) 이상 하강하였는가 여부를 판단하여(S5), 그렇지 않으면 제1 및 제2 배터리 뱅크 전압을 측정하여 표시하고 충전모드에 있는 제2 배터리 뱅크의 충전 정도 및 충전 전압을 측정하여 표시하고, 계속해서 S4 내지 S6 단계를 반복한다.
한편, 상기 S5 단계에서의 판단 결과, 방전 모드에 있는 제1 배터리 뱅크(1')의 전압 강하가 기준치(일예로 1V 내지 2V) 이상 하강하였다고 판단되면, 제1 릴레이 및 제2 릴레이를 반대로 스위칭하여 제1 배터리 뱅크를 충전모드로, 제2 배터리 뱅크를 방전 모드로 전환하게 되며(S7), 처음으로 리턴하여 이상을 반복하게 된다(S8).
역으로, 상기 S3 단계에서의 판단 결과, 제1 배터리 뱅크의 순간 전압(VB1)이 제2 배터리 뱅크의 순간 전압(VB2) 보다 작으면, 제2 무접점 스위치를 턴온시켜 제2 배터리 뱅크를 방전모드로 하고, 제4 릴레이를 턴온시켜 제1 배터리 뱅크를 충전모드로 한다(S14).
역시 이후, 방전 모드에 있는 제2 배터리 뱅크(2')의 전압 강하가 기준치(일예로 1V 내지 2V) 이상 하강하였는가 여부를 판단하여(S15), 그렇지 않으면 제1 및 제2 배터리 뱅크 전압을 측정하여 표시하고 충전모드에 있는 제1 배터리 뱅크의 충전 정도 및 충전 전압을 측정하여 표시하고, 계속해서 S14 내지 S16 단계를 반복한다.
한편, 상기 S15 단계에서의 판단 결과, 방전 모드에 있는 제2 배터리 뱅크(2')의 전압 강하가 기준치(일예로 1V 내지 2V) 이상 하강하였다고 판단되면, 상기 무접점 스위치들을 반대로 스위칭하여 제2 배터리 뱅크를 충전모드로, 제1 배터리 뱅크를 방전 모드로 다시 전환하게 되며(S7), 처음으로 리턴하여 이상을 반복하게 된다(S8).
더욱이, 상기 전원장치의 충방전 모드 전환장치(300)에서의 동작에 대하여, 도 10 및 도 9를 참조하여 설명한다.
먼저, 시스템이 동작하게 되면, 가장 우선순위에 있는 인버터의 전원이 '온'인지 여부를 체크하게 되는바(S1), 인버터 전원이 '온'이면, 배터리가 장착되었거나 적어도 배터리로부터 인버터를 통해 의미있는 파워가 출력되고 있음을 의미하므로, 이제 배터리 전압을 체크하여 배터리 출력 전압(Vt)이 허용 상한치인 제2 기준전압(Vr2) 이상인지 여부를 체크하게 된다(S3). 대체로 제2 기준전압은 배터리가 과충전되는지 여부를 체크하기 위한 것이다. 만약, 상기 S1 단계에서, 인버터 전원이 '오프'이면, 배터리가 장착되지 않았거나 적어도 배터리로부터 인버터를 통해 의미있는 파워가 출력되지 않음을 의미하므로, 후술하는 바와 같이 다음 순위의 상용 AC 전원의 정전 여부를 체크하는 S7 단계로 이행한다.
이제, 상기 S3 단계에서 판단 결과, 배터리 출력 전압(Vt)이 제2 기준전압(Vr2) 이상이라면(Vt≥Vr2), 전원장치의 배터리가 과충전되었음을 의미하므로, 충전 동작을 정지시키고, 배터리 전압이 충분하므로 인버터를 부하 출력으로 연결하게 되고(S4), 처음으로 리턴한다.
만약, 상기 S3 단계에서의 판단 결과, 배터리 출력 전압(Vt)이 제2 기준전압(Vr2) 이상이 아니면(Vt<Vr2), 배터리 전압이 허용 하한치인 제1 기준전압(Vr1) 이하인지 여부를 체크하게 된다(S5).
그리하여, 배터리 출력 전압(Vt)이 제1 기준전압(Vr1) 이하가 아니면(Vt>Vr1), 배터리 전압이 허용 상한치 이하 및 허용 하한치 이상인 정상치에 있는 것이므로(Vr1≤Vt≤Vr2), 부하를 인버터에 계속해서 연결하는 동작을 유지하고(S6), 이후 배터리 출력 전압(Vt)이 제1 기준전압(Vr1) 이하로 떨어질 때까지 상기 S5 및 S6 단계를 반복한다.
반면, 배터리 출력 전압(Vt)이 제1 기준전압(Vr1) 이하이면(Vt≤Vr1), 배터리가 연결은 되어 있으나, 방전을 해서는 안 되는 상황이므로, 상용 AC 전원을 부하에 연결하고 동시에 상용 AC 전원으로 배터리를 충전하여야 한다.
이를 위해, 두번째 우선순위에 있는 상용 AC 전원이 '온'인지 여부를 체크하게 되는바(S7), 상용 AC 전원이 '온'이면, 상용 AC 전원이 정전이 아닌 정상 상태이므로, 부하를 즉시 (무정전 상태로) AC 전원으로 전환하고(S11), 아울러 상용 AC 전원으로 베터리를 충전하는 동작을 병행하게 된다(S13).
한편, 상기 S13 단계에서 충전과 동시에 타이머(Tc)를 리셋하고 타이머를 동작시키는바, 이는 일정 시간 (일례로 1~2 시간) 이상 배터리를 충전하지 못하도록 하기 위함이다. 이와 같이 배터리 충전 중지를 배터리의 전압으로 제어하는 외에도 충전 시간으로 제어하는 이유는, 가령 배터리가 노후화되어 아무리 충전해도 충전 과전압까지 배터리 전압이 이르지 않을 수 있기 때문에, 안전상 일정 시간 이상을 충전하지 못하도록 하기 위함이다.
이를 위해, 다음 단계인 S15 단계에서, 충전 시간(Tc)이 기준 시간(Tr) 이상인지 여부를 체크하여, '예스'이면, 충전을 정지시키고(S16), 처음으로 리턴한다.
그러나, 상기 S15 단계에서의 판단 결과, '노우' 이면, 과충전인지 여부를 체크하기 위해, 배터리 출력 전압(Vt)이 제2 기준전압(Vr2) 이상인지 여부를 체크하여(Vt≥Vr2 ?), 그렇지 않으면 계속 충전해도 되므로 AC 전원의 '온' 상태 여부를 체크하여(S19) 상기 S15, S17 및 S19 단계를 반복한다.
그러나, 만약 상기 S17 단계에서의 판단 결과, 배터리 출력 전압(Vt)이 제2 기준전압(Vr2) 이상이라면(Vt≥Vr2), 전원장치의 배터리가 충분히 충전되었음을 의미하므로, 부하 전원을 인버터로 전환하고(S18), 충전 동작을 정지시키며(S16), 처음으로 리턴한다.
한편, 상기 S7 단계 혹은 상기 S19 단계에서의 판단 결과, AC 전원이 '온'이 아니면, 이는 사용 AC 전원이 정전 상태임을 의미하므로, 부하에 계속적인 무단속 파워를 공급하기 위해, 비상 발전기 가동을 시작하게 되며(S8), 부하 전원을 비상 발전기로 전환하게 된다(S9). 이후, 처음으로 리턴하여, 다시 전체를 반복하여 수행한다.
이상, 본 발명의 동작을 고전압 대용량 배터리 뱅크로서 수 메가와트급의 고전압 배터리 어레이 2벌을 사용하는 실시예로 설명하였으나, 반드시 수 메가와트 급에 한정되는 것은 아니면 그보다 더 작거나 더 큰 경우에도, 일반적인 릴레이를 사용하기에 부적합한 직류 고전압의 경우에는 종래기술 대신 본 발명의 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치를 사용하여 고전압 대용량의 이차 전지 충방전 전원 장치를 구현할 수 있다.
이처럼, 앞에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (5)

  1. 복수개의 이차 전지들이 직병렬 연결되어 있는 고전압 대용량의 제1 배터리 뱅크(1');
    상기 제1 배터리 뱅크(1')와 대응되도록 복수개의 이차 전지들이 직병렬 연결되어 있는 고전압 대용량의 제2 배터리 뱅크(2');
    상기 제1 배터리 뱅크(1')와 상기 제2 배터리 뱅크(2') 중의 어느 일측 배터리 뱅크를 부하측으로 접속하면서 동시에 다른 타측 배터리 뱅크는 부하측과 차단시키는 방전부(1000);
    상기 제1 배터리 뱅크(1')와 상기 제2 배터리 뱅크(2') 중의 상기 타측 배터리 뱅크를 충전기측으로 접속하면서 동시에 다른 타측 배터리 뱅크는 충전기측과 차단시키는 충전부(2000); 및
    상기 방전부(1000) 및 상기 충전부(2000)의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 컨트롤러(3000);
    를 포함하며,
    상기 방전부(1000) 및 상기 충전부(2000)는 무접점 방식의 스위칭 방식을 채용하는 것을 특징으로 하는 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전부(1000)는,
    상기 제1 배터리 뱅크(1')와 접속되어 상기 부하측으로의 접속 여부를 스위칭하는 제1 무접점 스위치(1100);
    상기 제2 배터리 뱅크(2')와 접속되어 상기 부하측으로의 접속 여부를 스위칭하는 제2 무접점 스위치(1200);
    를 포함하며,
    상기 충전부(2000)는,
    상기 제2 배터리 뱅크(2')와 접속되어 상기 충전기로부터의 접속 여부를 스위칭하는 제3 무접점 스위치(2100);
    상기 제1 배터리 뱅크(1')와 접속되어 상기 충전기로부터의 접속 여부를 스위칭하는 제4 무접점 스위치(2200);
    를 포함하며,
    상기 제1 무접점 스위치(1100) 내지 제4 무접점 스위치(2200)의 각각의 제1 게이트 컨트롤 신호 내지 제4 게이트 컨트롤 신호는 상기 게이트 컨트롤러(3000)로부터 오되, 상기 제1 게이트 컨트롤 신호와 제3 게이트 컨트롤 신호가 동기화되며, 상기 제2 게이트 컨트롤 신호와 제4 게이트 컨트롤 신호가 동기화되어지되, 상기 게이트 컨트롤 신호들은 상호 교호적으로 게이트 컨트롤 제어가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 무접점 스위치(1100)는, 애노드가 제1 배터리 뱅크(1')에 접속되고 캐소드는 부하측에 접속되며 게이트는 제1 GTO 드라이버(U1)에 접속되는 제1 GTO 사이리스터(D1)이며,
    상기 제2 무접점 스위치(1200)는, 애노드가 제2 배터리 뱅크(2')에 접속되고 캐소드는 부하측에 접속되며 게이트는 제2 GTO 드라이버(U3)에 접속되는 제2 GTO 사이리스터(D3)이며,
    상기 제3 무접점 스위치(2100)는, 캐소드가 제2 배터리 뱅크(2')에 접속되고 애노드는 충전기측에 접속되며 게이트는 제3 GTO 드라이버(U6)에 접속되는 제3 GTO 사이리스터(D5)이며,
    상기 제4 무접점 스위치(2200)는, 캐소드가 제1 배터리 뱅크(1')에 접속되고 애노드는 충전기측에 접속되며 게이트는 제4 GTO 드라이버(U9)에 접속되는 제4 GTO 사이리스터(D7)이며,
    상기 제1 GTO 드라이버(U1) 내지 제4 GTO 드라이버(U9)는 각각, 상기 제1 게이트 컨트롤 신호 내지 제4 게이트 컨트롤 신호에 의해 상기 제1 GTO 사이리스터(D1) 내지 제4 GTO 사이리스터(D7)의 게이트에 정방향 점호 펄스 혹은 역방향 소호 펄스를 인가하는 것을 특징으로 하는 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치.
  4. 상기 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 따른 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치(10')와,
    상기 무접점 스위칭 장치(10')를 제어하는 제어부(20')를 포함하며,
    상기 제어부(20')는 어느 일 시점에서는 상기 제1 배터리 뱅크(1')가 방전 모드이면서 동시에 상기 제2 배터리 뱅크(2')는 충전 모드로 되도록 제어하다가, 다른 시점에서는 상기 제1 배터리 뱅크(1')가 충전 모드이면서 동시에 상기 제2 배터리 뱅크(2')는 방전 모드로 되도록 제어하되, 충방전 모드는 상기 제1 배터리 뱅크(1')와 상기 제2 배터리 뱅크(2')의 배터리 전압을 감지하여 일정 값 이상 높은 배터리 뱅크를 방전 모드로, 일정 값 이상 낮은 배터리 뱅크를 충전 모드로 제어하는 것을 특징으로 하는 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 충전기는 솔라셀(60)에 의해 충전되는 전력을 배터리 뱅크의 전압에 적합하도록 승압하여 인가하는 솔라셀 드라이버(61)이며, 상기 솔라셀 드라이버로부터의 충전 전압이 일정치 이하이면 상기 솔라셀 드라이버 대신 상용 AC 전원으로 충전되도록 AC 충전기로부터 상기 배터리 뱅크의 충전이 이루어지도록 절환하는 트랜스퍼(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치.
PCT/KR2017/008518 2016-08-05 2017-08-07 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치 및 이를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치 WO2018026252A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160099953A KR101742796B1 (ko) 2016-08-05 2016-08-05 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치
KR10-2016-0099953 2016-08-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018026252A1 true WO2018026252A1 (ko) 2018-02-08

Family

ID=59222135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/008518 WO2018026252A1 (ko) 2016-08-05 2017-08-07 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치 및 이를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101742796B1 (ko)
WO (1) WO2018026252A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102030934B1 (ko) * 2018-05-30 2019-11-08 이명호 신 재생에너지 파워 뱅크.

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0837780A (ja) * 1994-07-22 1996-02-06 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 無停電電源装置
JP2003274571A (ja) * 2002-03-13 2003-09-26 Seiko Epson Corp 充放電制御装置
KR20110127016A (ko) * 2010-05-18 2011-11-24 김두일 태양 광 발전 시스템
KR20120011237A (ko) * 2010-07-28 2012-02-07 삼성에스디아이 주식회사 전력 공급 장치
JP2013201856A (ja) * 2012-03-26 2013-10-03 Eizo Kobayashi 電源装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0837780A (ja) * 1994-07-22 1996-02-06 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 無停電電源装置
JP2003274571A (ja) * 2002-03-13 2003-09-26 Seiko Epson Corp 充放電制御装置
KR20110127016A (ko) * 2010-05-18 2011-11-24 김두일 태양 광 발전 시스템
KR20120011237A (ko) * 2010-07-28 2012-02-07 삼성에스디아이 주식회사 전력 공급 장치
JP2013201856A (ja) * 2012-03-26 2013-10-03 Eizo Kobayashi 電源装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR101742796B1 (ko) 2017-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3147257B2 (ja) 系統連系電源システム
CN101467327B (zh) 2次电池的充放电电路以及电池组
KR101516193B1 (ko) 태양광 충전 제어 장치 및 그 제어 방법
US20080169784A1 (en) Solar power system
US9269989B2 (en) Electric power supply system
KR20130083367A (ko) 이차전지를 이용한 전원장치의 충방전 전환장치
WO2019031686A1 (ko) 에너지 저장 시스템
US8957545B2 (en) Prioritization circuit and electric power supply system
JP2019106869A (ja) 高電圧電池管理及び平衡化回路並びにその応用
EP1993186A1 (en) Solar power system
WO2019107802A1 (ko) 에너지 저장 시스템
WO2018026252A1 (ko) 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치 및 이를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치
CN107612007B (zh) 一种光储独立微电网中储能变流器直流欠压保护方法
CN2663203Y (zh) 电动车辆备用电源
US20180037132A1 (en) Secondary lithium battery for vehicle use
JP2017127173A (ja) 蓄電装置
KR101539728B1 (ko) 태양광 에너지 관리시스템
CN114884168A (zh) 基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流系统
WO2019059487A1 (ko) 에너지 저장 시스템
WO2013105825A2 (ko) 이차전지를 이용한 전원장치의 충방전 전환장치
WO2013105823A2 (ko) 이차전지를 이용한 전원장치 및 상기 전원장치의 배터리 모드 전환방법
TWI667862B (zh) High voltage battery management and balancing circuit architecture
CN112952926A (zh) 一种多电池切换控制电路、装置、系统及控制方法
WO2013105824A2 (ko) 이차전지를 이용한 전원장치의 제어장치 및 그 제어방법
CN115967150B (zh) 一种高压电池系统防止电池过放及唤醒工作电路及方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17837303

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 03/06/2019)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17837303

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1