KR102521665B1

KR102521665B1 - Power conversion system enabling to connect different-batteries

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Publication number: KR102521665B1
Application number: KR1020210030048A
Authority: KR
Inventors: 김준형; 김해진; 홍청표
Original assignee: 서창전기통신 주식회사
Priority date: 2021-03-08
Filing date: 2021-03-08
Publication date: 2023-04-13
Anticipated expiration: 2041-03-08
Also published as: KR20220126010A

Abstract

본 발명은 다양한 특성과 상태의 배터리를 동시 연계가 가능하여 배터리 종류와 상관없이 이종의 배터리를 사용한 에너지저장 시스템을 구축 할 수 있는 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템에 관한 것으로, 특히 다수의 DC/DC 컨버터 모듈을 이용하여 이종의 배터리와 연계 될 수 있는 DC전력연결부를 다수 가지며, AC배전망 연계를 위한 DC/AC 인버터 모듈을 포함하고, 이종 배터리 연계는 하나의 배터리 모듈과 하나의 전력변환 장치로 구성되어 있는 기존 시스템 보다 효율적인 시스템 구성이 가능하고, 배터리 문제로 시스템을 유지 보수 시 전체 시스템 운영을 중단 하지 않고 문제를 해결 할 수 있는 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion system capable of simultaneously linking different types of batteries, which can build an energy storage system using different types of batteries regardless of battery types by simultaneously linking batteries with various characteristics and states. In particular, a plurality of DC It has a plurality of DC power connection parts that can be linked to different types of batteries using a /DC converter module, and includes a DC/AC inverter module for linking to the AC distribution network. It is about a power conversion system capable of simultaneously linking heterogeneous batteries, which enables more efficient system configuration than existing systems composed of devices, and can solve problems without stopping the operation of the entire system during system maintenance due to battery problems.

Description

Power conversion system enabling to connect different-batteries

본 발명은 전력변환 시스템에 관한 것으로 상세하게는 다양한 특성과 상태의 배터리를 동시 연계가 가능하여 배터리 종류와 상관없이 이종의 배터리를 사용한 에너지저장 시스템을 구축 할 수 있는 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion system, and more particularly, to a power conversion capable of simultaneous linkage of different types of batteries capable of constructing an energy storage system using different types of batteries regardless of battery types by enabling simultaneous linkage of batteries of various characteristics and states. It's about the system.

특히 본 발명은 다수의 DC/DC 컨버터 모듈을 이용하여 이종의 배터리와 연계 될 수 있는 DC전력연결부를 다수 가지며, AC배전망 연계를 위한 DC/AC 인버터 모듈을 포함하고, 이종 배터리 연계는 하나의 배터리와 하나의 전력변환 장치로 구성되어 있는 기존 시스템 보다 효율적인 시스템 구성이 가능하고, 배터리 문제로 시스템을 유지 보수 시 전체 시스템 운영을 중단 하지 않고 문제를 해결 할 수 있는 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템에 관한 것이다.In particular, the present invention has a plurality of DC power connectors that can be connected to different types of batteries using a plurality of DC / DC converter modules, includes a DC / AC inverter module for connecting to an AC distribution network, and connects different types of batteries to one It is possible to construct a more efficient system than the existing system consisting of a battery and a power conversion device, and to solve problems without stopping the entire system operation when maintaining the system due to a battery problem. Power conversion that can connect different types of batteries simultaneously It's about the system.

전력 공급 시스템은 다양한 전기 전자장치 및 시스템에 전력을 공급하기 위한 시스템이다. A power supply system is a system for supplying power to various electrical and electronic devices and systems.

전력공급 시스템은 부하 또는 전력공급원의 형태에 따라 다양하게 변환이 이루어져야 하며 이를 위한 다양한 전력변환 시스템 기술이 개발되고 있다. The power supply system needs to be converted in various ways according to the type of load or power supply source, and various power conversion system technologies are being developed for this purpose.

전력변환 시스템 기술의 예로 특허문헌 1 내지 3이 있다. Examples of power conversion system technologies include Patent Documents 1 to 3.

특허문헌 1은 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 다중 레벨 제어 가역 전력 변환기를 구성함에 있어서, 교류 전원에 접속되어 교류를 바이너리 조합하여 출력하는 변압기와, 변압기에 연계되어 전력을 변환하는 전력 변환부가 구성되고, 변압기는 1차 권선의 상대 쪽에 다수 개 구성되어 연계되는 2차 권선의 전원을 조합하도록 각 2차 권선에 접속하는 다수 개의 스위칭 소자가 구성되는 다중 레벨 제어 가역 전력 변환기이고,Patent Document 1 converts AC power to DC power and configures a multi-level control reversible power converter that converts DC power to AC power, a transformer connected to an AC power source and outputting an AC binary combination, and a transformer linked to the transformer A power converter is configured to convert power, and a plurality of transformers are configured on the opposite side of the primary winding to combine the power of the linked secondary winding. Multi-level control consisting of a plurality of switching elements connected to each secondary winding is a reversible power converter,

특허문헌 2는 무효전력 제어기능을 포함하는 전력변환장치에 있어서, 하나 이상의 보조전원장치로부터 대체 전력을 공급받는 대체전력 입력부; 대체전력 입력부로부터 입력된 전기를 교류로 변환하는 전력변환스위칭부; 대체전력 입력부와 연결되고 대체전력 입력부 및 그리드 중 적어도 어느 하나로부터 전력변환스위칭부를 통해 공급되는 전기를 저장하는 충전전원부; 및 소비부하와 연결된 그리드로부터 역률정보와 유효전력 및 무효전력 요구량을 통신을 통해 수신하고, 그리드로부터 수신된 역률정보, 유효전력 및 무효전력 요구량에 부합되도록 전력변환스위칭부를 통해 출력되는 전압, 전류 및 전압 및 전류 간의 위상각을 제어하는 전력제어부를 포함하는 무효전력 제어기능을 포함하는 전력변환장치이며, Patent Document 2 is a power conversion device including a reactive power control function, comprising: an alternative power input unit receiving alternative power from one or more auxiliary power units; a power conversion switching unit that converts electricity input from the alternative power input unit into alternating current; a charging power unit connected to the alternative power input unit and storing electricity supplied from at least one of the alternative power input unit and the grid through the power conversion switching unit; and receiving power factor information and active power and reactive power requirements from the grid connected to the consuming load through communication, and voltage, current, and A power conversion device including a reactive power control function including a power control unit for controlling a phase angle between voltage and current,

특허문헌 3은 PCS 전력제어장치가, 단위 모듈로 된 전력변환장치를 병렬로 연결시킨 모듈형 PCS를 제어하는 모듈형 PCS의 병렬운전 제어 방법에 있어서, 에너지저장장치에 구비된 배터리의 배터리 충전율을 산출하는 배터리 충전율 산출 과정; 산출된 배터리 충전율을 기반으로 배터리에서 요구되는 전력인 부하 전력을 산출하는 부하 전력 산출과정; 및 산출된 부하 전력을 기반으로 각 모듈형 PCS에서 균일하게 출력하도록 제어하는 부하 공유 제어 과정을 포함하며, 배터리 충전율 산출 과정은 온도에 따른 배터리 초기전압을 보상하는 배터리 초기전압 보상 과정 및 배터리 초기전압을 전류적산법에 적용하여 배터리 충전율을 추종하여 산출하는 배터리 충전율 추종 과정을 포함하며, 배터리 초기전압 보상 과정은 V_{_batt,init}는 배터리 초기전압, V_{_n}은 n번째 모듈형 PCS의 출력전압, V_{_Ta}는 온도에 의해 변화된 전압값, V_{_Ra}는 배터리 내부저항에 의해 강하된 전압값, T_{_BAT}는 배터리 온도, 25는 상온 25℃, 0.1은 V_{_Ta} 산출을 위한 게인값이라 할 때,

,

에 의해 배터리 초기전압인 V_{_batt,init}이 산출되는 모듈형 PCS의 병렬 운전 제어 방법이다. Patent Document 3 is a parallel operation control method of a modular PCS in which a PCS power control device controls a modular PCS in which power converters made of unit modules are connected in parallel, the battery charging rate of the battery provided in the energy storage device a process of calculating a battery charging rate; a load power calculation step of calculating load power, which is power required by the battery, based on the calculated battery charging rate; and a load sharing control process for controlling uniform output from each modular PCS based on the calculated load power. is applied to the current integration method to calculate _the _battery charge rate by following the battery charge rate _. is the voltage value changed by temperature, V _{_Ra} is the voltage value dropped by the internal resistance of the battery, T _{_BAT} is the battery temperature, 25 is the room temperature 25 ℃, and 0.1 is the gain value for calculating V _{_Ta} ,

,

This is a parallel operation control method of modular PCS where V_batt _,init, the initial voltage of the battery, is calculated by

이와 같이 다양한 전력 제어 기술이 개발되어 있으나, 서로 다른 다양한 특성과 상태를 갖는 배터리를 동시 연계하여 전력을 공급할 수 있는 장치가 없다.Although various power control technologies have been developed, there is no device capable of supplying power by simultaneously linking batteries having various characteristics and states.

또한 동일한 조건의 배터리를 사용하여 전력공급시스템을 구축할 때의 한계 즉, 추가 용량 증설할 때 하나의 제조사에서 제작한 배터리가 아닌 다수의 제조사에서 제조한 배터리 시스템 적용이 가능 하여 배터리의 수급이 어려운 단점이 있었다.In addition, the limitation of building a power supply system using batteries under the same conditions, that is, when adding additional capacity, it is possible to apply battery systems manufactured by multiple manufacturers rather than batteries manufactured by one manufacturer, making it difficult to supply and demand batteries. There were downsides.

대한민국 등록특허 제10-0677893호Republic of Korea Patent No. 10-0677893 대한민국 등록특허 제10-1135284호Republic of Korea Patent No. 10-1135284 대한민국 등록특허 제10-2171351호Republic of Korea Patent No. 10-2171351

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 서로 다른 다양한 특성과 상태의 배터리를 동시 연계가 가능하여 배터리 종류와 상관없이 이종의 배터리를 사용한 에너지저장 시스템을 구축 할 수 있는 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was developed to solve the problems of the prior art as described above, and it is possible to simultaneously connect batteries of different characteristics and states to build an energy storage system using heterogeneous batteries regardless of the battery type. An object of the present invention is to provide a power conversion system capable of simultaneously linking different types of batteries.

특히 본 발명은 다수의 DC/DC 컨버터 모듈을 이용하여 이종의 배터리와 연계 될 수 있는 다수의 DC전력연결부, AC배전망 연계를 위한 DC/AC인버터모듈을 포함하고, 이종 배터리 연계는 하나의 배터리 모듈과 하나의 전력변환 장치로 구성되어 있는 기존 시스템 보다 효율적인 시스템 구성이 가능하고, 배터리 문제로 시스템을 유지 보수 시 전체 시스템 운영을 중단 하지 않고 문제를 해결 할 수 있는 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In particular, the present invention includes a plurality of DC power connectors that can be linked to different types of batteries using a number of DC / DC converter modules, a DC / AC inverter module for linking to an AC distribution network, and linking different types of batteries to one battery It is possible to construct a more efficient system than the existing system consisting of a module and a single power conversion device, and it is possible to solve the problem without stopping the operation of the entire system when maintaining the system due to a battery problem. It aims to provide a system.

상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템은 충방전이 가능하고 서로 다른 특성을 갖는 다수의 배터리(101~10n)로 이루어진 배터리모듈(10)의 DC(직류)를 AC(교류)로 변환하여 AC계통부하에 공급하고, AC계통전원을 변환하여 상기 배터리모듈(10)에 공급하여 다수의 배터리(101~10n)를 충전시키는 전력변환 시스템에 있어서, 상기 전력변환 시스템은, 상기 배터리모듈(10)의 다수의 배터리(101~10n) 각각에 연결되는 DC차단부(60); 상기 DC차단부(60)에 각각 연결되는 다수의 DC/DC컨버터(201~20n)로 이루어지되, 다수의 배터리(101~10n)로 이루어진 배터리모듈(10)의 서로 다른 전압을 일정한 전압으로 출력하는 DC/DC컨버터모듈(20); 상기 DC/DC컨버터모듈(20)에 연결되되, 상기 DC/DC컨버터모듈(20)에서 출력되는 DC를 AC로 변환하여 AC계통부하에 공급하거나 상기 AC계통전원으로부터 공급되는 AC를 DC로 변환하여 DC/DC컨버터모듈(20)에 공급하는 DC/AC인버터(30); 상기 DC/AC인버터(30)와 AC계통부하와 사이에 구비되어 전력전환시스템에 오류가 발생하였을 때 상기 AC계통부하로 공급되는 AC전원을 차단하는 AC차단부(50); 및 상기 배터리모듈(10)과 DC/DC컨버터모듈(20)과 DC차단부(60)와 DC/AC인버터(30) 및 AC차단부(50)와 통신선으로 연결되어 배터리모듈(10)과 DC/DC컨버터모듈(20)과 DC차단부(60)와 DC/AC인버터(30) 및 AC차단부(50)를 제어하는 시스템제어부(40);로 구성되고,
상기 시스템제어부(40)는, 전력 공급 요청 신호를 수신하면 전력 공급 전에 배터리모듈(10)을 구성하는 각 배터리(101~10n) 모두의 현재 사용 가능 여부를 검사하고, 현재 사용 가능한 각 배터리(101~10n)의 효율적 운영을 위해 상기 AC계통부하의 전력 요구량에 따라 다수의 배터리(101~10n)들을 동시에 작동시키거나 부분적으로 작동시킬 수 있도록 배터리모듈(10)을 구성하며, 통신 이상 또는 배터리 이상으로 배터리의 상태를 확인할 수 없는 경우에는 전력변환 시스템을 정지하여 배터리와 AC계통부하를 보호하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above object, the power conversion system capable of simultaneously linking different types of batteries according to the present invention is a DC ( In the power conversion system for converting direct current) into AC (alternating current) and supplying it to an AC system load, converting AC system power and supplying it to the battery module 10 to charge a plurality of batteries 101 to 10n, The power conversion system includes a DC blocking unit 60 connected to each of the plurality of batteries 101 to 10n of the battery module 10; It consists of a plurality of DC/DC converters 201 to 20n connected to the DC blocking unit 60, respectively, and outputs different voltages of the battery module 10 composed of a plurality of batteries 101 to 10n as a constant voltage. DC / DC converter module 20 to; It is connected to the DC / DC converter module 20, converts DC output from the DC / DC converter module 20 into AC and supplies it to an AC system load, or converts AC supplied from the AC system power into DC a DC/AC inverter 30 supplying the DC/DC converter module 20; An AC cut-off unit 50 provided between the DC/AC inverter 30 and the AC system load to block AC power supplied to the AC system load when an error occurs in the power conversion system; And the battery module 10, the DC / DC converter module 20, the DC blocking unit 60, the DC / AC inverter 30, and the AC blocking unit 50 are connected by a communication line, so that the battery module 10 and the DC / DC converter module 20, the DC blocking unit 60, the DC / AC inverter 30 and the system control unit 40 for controlling the AC blocking unit 50; consists of,
Upon receiving the power supply request signal, the system controller 40 inspects whether all of the batteries 101 to 10n constituting the battery module 10 are currently usable before supplying power, and each battery 101 that can be used now ~ 10n), the battery module 10 is configured to simultaneously operate or partially operate a plurality of batteries 101 to 10n according to the power demand of the AC system load, and communication or battery failure When the state of the battery cannot be checked, the power conversion system is stopped to protect the battery and the AC system load.

상기 AC계통부하와 DC/AC인버터 사이에는 계통연계용 트랜스포머(70)가 더 설치될 수 있다.A transformer 70 for grid connection may be further installed between the AC system load and the DC/AC inverter.

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상기 시스템제어부(40)는 시스템의 운용에 의한 운전 중 수집된 데이터를 안전하게 보관하기 위해 백업서버를 더 구비할 수 있다.The system control unit 40 may further include a backup server to safely store data collected during operation of the system.

상기 DC/AC인버터(30)는 DC/DC컨버터모듈(20)의 전원을 부하에 공급할 때에는 DC를 AC로 변환하여 부하에 공급하고, 역으로 AC계통 전원을 이용하여 배터리를 충전할 때에는 AC를 DC로 변환하여 배터리를 충전시키는 것을 특징으로 한다.The DC/AC inverter 30 converts DC into AC and supplies it to the load when supplying the power of the DC/DC converter module 20 to the load, and conversely converts AC into AC when charging the battery using AC system power. It is characterized by converting to DC to charge the battery.

상기 DC/DC컨버터(201~20n)는 제어부, 전력변환부, 센싱부, 보호부를 구비한 것을 특징으로 한다.The DC/DC converters 201 to 20n are characterized in that they include a control unit, a power conversion unit, a sensing unit, and a protection unit.

상기 DC/AC인버터(30)는 제어부, 전력변환부, 센싱부, 보호부를 구비한 것을 특징으로 한다The DC/AC inverter 30 is characterized by having a control unit, a power conversion unit, a sensing unit, and a protection unit.

상기 시스템제어부(40)로부터 전력 공급 요청 신호를 수신하면 전력 공급 전에, 배터리 모듈을 구성하는 각 배터리(101 ~10n) 모두의 현재 사용 가능 여부를 검사하는 단계(S10); 배터리가 충방전이 가능하다면 배터리모듈(10)의 각 배터리의 효율적 운영을 위해 배터리 1(101)로 부하에서 요구하는 전력 공급량을 공급하는 것이 가능한지 판단하는 단계(S20); 배터리 1(101)로 부하에서 요구하는 전력 공급량을 공급하는 것이 가능하다고 판단되면 배터리 1(101)을 이용하여 부하에 전력을 공급하는 단계(S30); 배터리 1(101)의 출력이 부하에서 요구하는 전력량보다 적을 경우에는 배터리 2(102)만으로 전력의 공급이 가능한지 여부를 판단하는 단계(S21); 배터리 2(102)만으로 부하에서 요구하는 전력의 공급이 가능하다고 판단되면, 배터리 2(102)만으로 전력을 공급하는 단계(S31); 배터리 2(102)만으로는 부하에서 요구하는 전력의 공급이 불가능한 경우에는 배터리 1(101)과 배터리 2(102)의 합산 출력량과 부하에서 요구하는 전력량을 비교하는 단계(S22); 배터리 1(101)과 배터리 2(102)의 합산 출력량과 부하에서 요구하는 전력량을 비교하는 단계(S22)에서 배터리 1(101)과 배터리 2(102)의 합산 출력량이 부하에서 요구하는 전력량을 만족하는 경우에는 배터리 1(101)과 배터리 2(102)를 이용하여 전력을 공급하는 단계(S32); 배터리 1(101)과 배터리 2(102)의 합산 출력량과 부하에서 요구하는 전력량을 비교하는 단계(S22)에서 배터리 1(101)과 배터리 2(102)의 합산 출력량이 부하에서 요구하는 전력량을 만족시키지 못하는 것으로 판단될 경우에는 n개 배터리를 순차적으로 적산한 합산 출력량과 부하에서 요구하는 전력량을 비교하는 단계(S2n); 순차적으로 적산한 n개 배터리의 합산 출력량이 부하에서 요구하는 전력량을 만족하는 경우에는 n개의 배터리 모두를 이용하여 전력을 공급하는 단계(S3n); 최종적으로 모든 배터리(101~10n)의 합산 출력량이 부하에서 요구하는 전력량을 만족할 경우에만 전력을 공급하고, 만족하지 못할 경우에는 배터리가 공급 가능한 전력량만 공급하거나 또는 전력의 공급을 중단하는 단계(S40);를 수행하는 것을 특징으로 한다.Upon receiving a power supply request signal from the system controller 40, before power supply, checking whether all of the batteries 101 to 10n constituting the battery module are currently usable (S10); If the battery can be charged and discharged, determining whether it is possible to supply the amount of power required by the load to battery 1 (101) for efficient operation of each battery of the battery module 10 (S20); supplying power to the load using battery 1 (101) when it is determined that it is possible to supply the amount of power required by the load with battery 1 (101) (S30); When the output of battery 1 (101) is less than the amount of power required by the load, determining whether power can be supplied with only battery 2 (102) (S21); If it is determined that the supply of power required by the load is possible with only the battery 2 (102), supplying power only with the battery 2 (102) (S31); Comparing the sum of the outputs of the battery 1 (101) and the battery 2 (102) and the amount of power required by the load when it is impossible to supply the power required by the load with only the battery 2 (102) (S22); In the step of comparing the sum of the outputs of battery 1 (101) and battery 2 (102) and the amount of power required by the load (S22), the sum of outputs of battery 1 (101) and battery 2 (102) satisfies the amount of power required by the load. If so, supplying power using battery 1 (101) and battery 2 (102) (S32); In the step of comparing the sum of the outputs of battery 1 (101) and battery 2 (102) and the amount of power required by the load (S22), the sum of outputs of battery 1 (101) and battery 2 (102) satisfies the amount of power required by the load. Comparing the total output amount obtained by sequentially integrating n batteries with the amount of power required by the load when it is determined that it cannot be performed (S2n); supplying power using all the n batteries when the sum of the sequentially integrated outputs of the n batteries satisfies the amount of power required by the load (S3n); Finally, supplying power only when the total output of all batteries (101 to 10n) satisfies the amount of power required by the load, and if not satisfied, supplying only the amount of power that can be supplied by the battery or stopping the supply of power (S40 ); It is characterized by performing.

상기 배터리 모듈을 구성하는 각 배터리(101 ~10n) 모두의 현재 사용 가능 여부를 검사하는 단계(S10)에서 검사한 결과 배터리 중 충방전이 불가능한 배터리에 대해서는 추가로 충방전 가능 여부를 판단하는 단계(S11)를 수행하는 것을 특징으로 한다.In the step of inspecting whether all of the batteries 101 to 10n constituting the battery module are currently usable (S10), determining whether additional charge/discharge is possible for a battery that cannot be charged or discharged among batteries as a result of the inspection (S10) ( It is characterized by performing S11).

상기 추가로 수행한 충방전 가능 여부를 판단하는 단계(S11)에서도 충방전이 불가능한 배터리에 대해서는 관리자에게 통보하는 단계(S12)를 수행하는 것을 특징으로 한다.In the step (S11) of determining whether or not the additionally performed charge/discharge is possible, a step (S12) of notifying a manager of a battery that cannot be charged/discharged is performed.

상기 추가로 수행한 충방전 가능 여부를 판단하는 단계(S11) 이후 충방전이 불가능한 이상 배터리를 제외하고 전력공급이 가능한지 여부를 판단하는 단계(S111)를 더 수행하고, 충방전이 불가능한 이상 배터리를 제외하고 전력공급이 가능한 것으로 판단되면 충방전이 불가능한 이상 배터리를 제외하고 전력공급을 수행하는 것을 특징으로 한다.After the additionally performed step of determining whether charging and discharging is possible (S11), a step of determining whether or not power supply is possible except for the battery where charging and discharging is impossible (S111) is further performed, and the battery is charged and discharging is impossible. If it is determined that power supply is possible except for the battery, it is characterized in that the power supply is performed except for the battery as long as charging and discharging is impossible.

본 발명에 따른 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템은 이종 DC 전력 소스를 통합 제어할 수 있는 효과가 있다.The power conversion system capable of simultaneously linking heterogeneous batteries according to the present invention has an effect of enabling integrated control of heterogeneous DC power sources.

또한 본 발명은 응답이 빠른 슈퍼캐패시티와 응답 특성이 느린 연료전지 등을 함께 사용하는 하이브리드 ESS(Energy Storage System)시스템을 구성할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of configuring a hybrid energy storage system (ESS) system using a supercapacity with a fast response and a fuel cell with a slow response characteristic together.

또한 본 발명은 고용량의 배터리를 요구하는 전기차 충전 시스템에 적용할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that can be applied to an electric vehicle charging system requiring a high-capacity battery.

즉, 본 발명은 서로 다른 특성을 갖는 다수의 이종 배터리를 활용하여 전기차의 충전시스템을 구성하는 ESS의 구축이 가능하고, 배전망이 부족한 지역에서 대용량 전기차 충전소 구축이 가능하게 하는 효과가 있다.That is, the present invention has the effect of enabling the construction of an ESS constituting an electric vehicle charging system by utilizing a plurality of heterogeneous batteries having different characteristics, and enabling the construction of a large-capacity electric vehicle charging station in an area lacking a distribution network.

또한 본 발명은 차량에 설치함에 의해 차량의 운전 상태에 따라 장, 단주기 동시 대응이 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of enabling simultaneous long-term and short-cycle response according to the driving state of the vehicle by being installed in the vehicle.

또한 다수의 배터리로 이루어짐에 따라 다수의 배터리들 중 어느 하나가 사용할 수 없는 상태가 되어도 전력 공급의 중단이 없이 부하에 전력공급이 가능할 뿐만 아니라, 전력 공급의 중단이 없이 고장이 발생한 배터리 계통의 유지 보수를 가능하게 하는 효과가 있다.In addition, as it is composed of multiple batteries, it is possible to supply power to the load without interruption of power supply even if one of the multiple batteries becomes unusable, and to maintain the battery system in failure without interruption of power supply. It has the effect of making repairs possible.

또한 본 발명은 다양한 용량이나 종류의 배터리를 사용하여 전력을 공급할 수 있게 함에 따라 값비싼 고성능의 배터리의 사용량을 감소시킬 수 있어 ESS의 구축비용을 절감 할 수 있는 효과가 있다. In addition, since the present invention can supply power using batteries of various capacities or types, it is possible to reduce the use of expensive high-performance batteries, thereby reducing the construction cost of the ESS.

도 1은 본 발명에 따른 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템의 단주기 운전 상태의 전력 공급 흐름도
도 3은 본 발명에 따른 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템의 장주기 운전 상태의 전력 공급 흐름도
도 4는 본 발명에 따른 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템의 최대 파워 운전 상태의 전력 공급 흐름도
도 5는 본 발명에 따른 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템의 배터리 충전 운전 상태의 전력 공급 흐름도
도 6은 본 발명에 따른 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템에서 전력 공급 전에 이루어지는 배터리 상태 점검을 위한 흐름도1 is a block diagram of a power conversion system capable of simultaneously connecting different types of batteries according to the present invention.
2 is a flowchart of power supply in a short-cycle operation state of a power conversion system capable of simultaneously linking different types of batteries according to the present invention.
3 is a flowchart of power supply in a long-cycle operation state of a power conversion system capable of simultaneously linking different types of batteries according to the present invention.
4 is a flowchart of power supply in a maximum power operating state of a power conversion system capable of simultaneously linking different types of batteries according to the present invention.
5 is a flowchart of power supply in a battery charging operation state of a power conversion system capable of simultaneously linking different types of batteries according to the present invention.
6 is a flowchart for checking the state of a battery before supplying power in a power conversion system capable of simultaneously linking different types of batteries according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가하여 실시할 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can be practiced by applying various changes, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described through detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 발명은 서로 다른 다양한 특성과 상태의 배터리를 동시 연계가 가능하여 배터리 종류와 상관없이 이종의 배터리를 사용한 에너지저장 시스템을 구축 할 수 있다.According to the present invention, batteries of different characteristics and states can be connected simultaneously, so that an energy storage system using heterogeneous batteries can be constructed regardless of the battery type.

본 발명에 따른 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템은 DC(직류)를 AC(교류)로 변환하여 AC계통부하에 공급하고, AC계통전원을 변환하여 배터리에 공급하여 배터리를 충전시키는 전력변환시스템이다. A power conversion system capable of simultaneously connecting different types of batteries according to the present invention converts DC (direct current) into AC (alternating current) and supplies it to an AC system load, and converts AC system power and supplies it to a battery to charge the battery. am.

본 발명의 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 충방전이 가능하고 서로 다른 특성을 갖는 다수의 배터리(101~10n)로 이루어진 배터리모듈(10); 상기 배터리의 서로 다른 전압을 일정한 전압으로 출력하는 다수의 DC/DC컨버터(201~20n)로 이루어진 DC/DC컨버터모듈(20); 상기 DC/DC컨버터모듈에서 출력를 AC 계통 연계하는 DC/AC인버터(30); 및 시스템 전체의 구동을 제어하는 시스템제어부(40)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the power conversion system capable of simultaneously linking different types of batteries according to the present invention includes a battery module 10 composed of a plurality of batteries 101 to 10n capable of charging and discharging and having different characteristics; A DC/DC converter module 20 composed of a plurality of DC/DC converters 201 to 20n outputting different voltages of the battery as constant voltages; A DC/AC inverter 30 for linking the output of the DC/DC converter module to an AC grid; and a system controller 40 that controls the driving of the entire system.

상기 배터리모듈(10)는 도 1에 도시한 바와 같이 다수의 배터리(101 ~ 10n)을 구비하고 있고, 각각의 배터리는 서로 이종이고, 다른 충전량 및 출력 전압을 가질 수 있으며, 전기에너지를 충방전할 수 있는 2차전지이다. As shown in FIG. 1, the battery module 10 includes a plurality of batteries 101 to 10n, each of which is of a different type and may have a different charge amount and output voltage, and charges and discharges electrical energy. It is a secondary battery that can

상기 배터리의 종류는 리튬이온전지, 인산철, 납축전지, 연료전지, 슈퍼캐페시터가 될 수 있다.The type of battery may be a lithium ion battery, an iron phosphate battery, a lead storage battery, a fuel cell, or a supercapacitor.

상기 DC/DC컨버터모듈(20)은 도 1에 도시한 바와 같이 각 배터리들에 연결된 다수의 DC/DC컨버터(201 ~ 20n)들로 이루어지고, 직, 병렬로 연계된 상황에서도 각각의 DC/DC컨버터는 상호 간섭 없이 개별적으로 동작할 때와 유사한 특성을 보여줄 수 있도록 제어된다. As shown in FIG. 1, the DC/DC converter module 20 is composed of a plurality of DC/DC converters 201 to 20n connected to each battery, and each DC/DC converter module 20 is connected in series or parallel. The DC converters are controlled to show characteristics similar to those when operating individually without mutual interference.

각각의 DC/DC컨버터는 제어부, 전력변환부, 센싱부, 보호부를 구비하고 있다.Each DC/DC converter includes a control unit, a power conversion unit, a sensing unit, and a protection unit.

상기 제어부는 상기 시스템제어부로부터 수신한 제어신호에 따라 출력을 제어하고, 상기 전력변환부는 상기 제어부의 제어신호에 따라 입력 전압을 감압 또는 가압하여 출력하며, 상기 센싱부는 출력 전압을 감지하여 상기 제어부에 전달함에 따라 전력변환부의 구동을 제어하여 출력 전압이 일정하게 출력되게 한다. The control unit controls an output according to a control signal received from the system control unit, the power conversion unit reduces or pressurizes an input voltage according to the control signal of the control unit and outputs it, and the sensing unit detects the output voltage and outputs it to the control unit. As it is transmitted, the driving of the power conversion unit is controlled so that the output voltage is constantly output.

상기 보호부는 입출력되는 고전압 전원 또는 저전압 전원으로부터 입력되는 비정상적인 전압을 차단하는 기능을 한다. The protection unit functions to block an abnormal voltage input from an input/output high voltage power supply or a low voltage power supply.

상기 DC/AC인버터(30)는 계통 또는 부하와 DC/DC컨버터모듈(20)의 출력을 연계시키기 위한 것으로, DC/DC컨버터모듈(20)의 전원을 부하에 공급할 때에는 DC를 AC로 변환하여 부하에 공급하고, 역으로 AC계통 전원을 이용하여 배터리를 충전할 때에는 AC를 DC로 변환하여 배터리를 충전하게 된다. The DC/AC inverter 30 is for linking the output of the DC/DC converter module 20 with the system or load, and converts DC into AC when supplying power from the DC/DC converter module 20 to the load. When the battery is charged using AC system power, the battery is charged by converting AC to DC.

상기 DC/AC인버터(30)는 단순하게 DC를 AC로 변환하거나 AC를 DC로 변환할 뿐만 아니라, DC/DC컨버터들로부터 출력되는 전기를 일정한 전압의 전력으로 출력하는 기능을 한다. The DC/AC inverter 30 not only simply converts DC to AC or AC to DC, but also functions to output electricity output from the DC/DC converters as power of a constant voltage.

즉, 각 배터리의 출력 전압이 상이할 때 이를 부하에서 원하는 전압으로 승압하여 부하에 공급한다.That is, when the output voltage of each battery is different, it is boosted to a desired voltage by the load and supplied to the load.

상기 DC/DC컨버터(201 ~ 20n)로 이루어진 컨버터모듈은 배터리모듈(10)을 구성하는 각 배터리(101 ~ 10n)의 상태를 확인 할 수 있게 별도의 배터리모듈 컨트롤시스템을 따로 구비하거나(미도시), 도 1에 도시한 바와 같이 시스템제어부(40)의 제어를 받게 할 수 있도록 통신선을 구비할 수 있으며, 통신 이상 혹은 배터리 이상으로 배터리의 상태를 확인할 수 없다면 정해진 시간 이후 시스템을 정지하여 배터리와 전력변환장치 등을 보호하며 이를 사용자에게 알려 조치가 가능하게 하는 것이 바람직하다. The converter module composed of the DC/DC converters 201 to 20n has a separate battery module control system to check the state of each battery 101 to 10n constituting the battery module 10 (not shown). ), as shown in FIG. 1, a communication line may be provided so as to be controlled by the system controller 40. It is desirable to protect the power conversion device and the like and inform the user so that action can be taken.

이를 위해 상기 시스템제어부는 통신모듈을 구비할 수 있다.To this end, the system controller may include a communication module.

도 1에 도시한 바와 같이 상기 DC/AC인버터(30)도 제어부, 전력변환부, 센싱부, 보호부를 구비하고 있으며, 상기 전력변환부는 단일 혹은 모듈 형태로 하여 n개로 구성될 수 있고, 각 부의 기능은 상기한 DC/DC컨버터와 유사하게 상기 제어부는 상기 시스템제어부로부터 수신한 제어신호에 따라 출력을 제어하며, 상기 전력변환부는 상기 제어부의 제어신호에 따라 입력 전압을 감압 또는 가압하여 출력하고, 상기 센싱부는 출력 전압을 감지하여 상기 제어부에 전달함에 따라 전력변환부의 구동을 제어하여 출력 전압이 일정하게 출력되게 하며, 상기 보호부는 입출력되는 고전압 전원 또는 저전압 전원으로부터 입력되는 비정상적인 전압을 차단하는 기능을 한다. As shown in FIG. 1, the DC/AC inverter 30 also includes a control unit, a power conversion unit, a sensing unit, and a protection unit, and the power conversion unit may be composed of n units in a single or module form, and each unit The function is similar to the DC / DC converter described above, the control unit controls the output according to the control signal received from the system control unit, and the power conversion unit reduces or boosts the input voltage according to the control signal of the control unit and outputs it, The sensing unit senses the output voltage and transmits it to the control unit to control the driving of the power conversion unit so that the output voltage is constantly output, and the protection unit blocks abnormal voltage input from the input/output high voltage power supply or low voltage power supply. do.

상기 DC/AC인버터의 제어부, 센싱부, 보호부는 시스템제어부와 공유하여 사용할 수 있다. The control unit, the sensing unit, and the protection unit of the DC/AC inverter may be shared with the system control unit.

상기 시스템제어부(40)는 부하의 요구 전력량이나 배터리의 상태에 따라 배터리모듈(10)의 사용 여부를 결정하고, 부하의 전력 요구량에 따라 배터리모듈을 구성하는 다수의 배터리들을 동시 작동시키거나 부분적으로 작동시킬 수 있도록 제어한다.The system control unit 40 determines whether to use the battery module 10 according to the required amount of power of the load or the state of the battery, and simultaneously operates or partially operates a plurality of batteries constituting the battery module according to the amount of power required by the load. control to make it work.

즉, 도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이 부하의 전력요구량에 따라 배터리모듈(10)을 구성하는 다수의 배터리들 중 어느 하나 또는 다수를 선택하여 제어할 수 있다. That is, as shown in FIGS. 2 to 5 , one or more of the plurality of batteries constituting the battery module 10 may be selected and controlled according to the power demand of the load.

도 2는 본 발명의 전력변환 시스템이 단주기 운전 상태에서의 전력 공급 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 전력변환 시스템이 장주기 운전 상태에서의 전력 공급 흐름도이며, 도 4는 본 발명의 전력변환 시스템이 최대 파워로 운전하는 상태에서의 전력 공급 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 전력변환 시스템이 배터리 충전 운전 상태에서 전력 공급 흐름도이며, 도 6은 본 발명에 따른 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템에서 전력 공급 전에 이루어지는 배터리 상태 점검을 위한 흐름도이다. 2 is a flow chart of the power conversion system of the present invention in a short-cycle operation state, FIG. 3 is a power conversion system of the present invention in a long-cycle operation state, and FIG. 4 is a power conversion system of the present invention. 5 is a flowchart of power supply in the state of operating at maximum power, and FIG. 5 is a flowchart of power supply in the battery charging operation state of the power conversion system of the present invention. It is a flow chart for checking the battery condition before supplying power in

이는 하기에서 설명하는 부하의 요구 조건을 반영한 것으로, 시스템제어부(40)으로부터 전력 공급 요청 신호를 수신하면 전력 공급 전에 수행된다. This reflects the requirements of the load described below, and is performed before supplying power when a power supply request signal is received from the system control unit 40 .

먼저, 배터리 모듈을 구성하는 각 배터리(101 ~10n) 모두의 현재 사용 가능 여부를 검사하는 단계(S10)를 수행하여 현재 충반전이 가능한 배터리를 파악한다.First, a step (S10) of checking whether all of the batteries 101 to 10n constituting the battery module can be currently used is performed to identify batteries that can be currently charged and reversed.

배터리 모듈을 구성하는 각 배터리(101 ~10n) 모두의 현재 사용 가능 여부를 검사하는 단계(S10)에서 검사한 결과 배터리 중 충방전이 불가능한 배터리에 대해서는 추가로 충방전 가능 여부를 판단하는 단계(S11)를 수행하고, 상기 추가로 수행한 충방전 가능 여부를 판단하는 단계(S11)에서도 충방전이 불가능한 배터리에 대해서는 관리자에게 통보하는 단계(S12)를 수행한다.In the step of inspecting whether all of the batteries (101 to 10n) constituting the battery module are currently usable (S10), as a result of the inspection, for batteries that cannot be charged and discharged among the batteries, it is determined whether they can be additionally charged and discharged (S11). ) is performed, and even in the step of determining whether or not the additionally performed charge/discharge is possible (S11), the step of notifying the manager of the battery that cannot be charged/discharged is performed (S12).

또한 추가로 수행한 충방전 가능 여부를 판단하는 단계(S11) 이후 충방전이 불가능한 이상 배터리를 제외하고 전력공급이 가능한지 여부를 판단하는 단계(S111)를 추가로 더 수행하여 충방전이 불가능한 이상 배터리를 제외하고 전력공급이 가능한 것으로 판단되면 충방전이 불가능한 이상 배터리를 제외하고 전력공급을 수행하고, 충방전이 불가능한 이상 배터리를 제외하고도 전력공급이 불가능하다고 판단되면 관리자에게 통보하는 단계(S12)를 수행한다.In addition, after the additionally performed step of determining whether charging and discharging is possible (S11), a step of determining whether or not power supply is possible except for the battery where charging and discharging is impossible (S111) is further performed to determine whether the battery is unable to charge or discharge. If it is determined that power supply is possible except for charging and discharging, performing power supply except for the battery unless charging and discharging is impossible, and notifying the manager if it is determined that power supply is impossible except for the battery unless charging and discharging is impossible (S12) do

배터리가 충방전이 가능하다면 배터리모듈(10)의 각 배터리의 효율적 운영을 위해 배터리 1(101)로 부하에서 요구하는 전력 공급량을 공급하는 것이 가능한지 판단하는 단계(S20)를 수행한다.If the battery can be charged and discharged, a step (S20) of determining whether it is possible to supply the amount of power required by the load to the battery 1 (101) for efficient operation of each battery of the battery module 10 is performed.

배터리 1(101)로 부하에서 요구하는 전력 공급량을 공급하는 것이 가능하다고 판단되면 배터리 1(101)을 이용하여 부하에 전력을 공급하는 단계(S30)를 수행한다.When it is determined that it is possible to supply the amount of power required by the load with the battery 1 (101), a step (S30) of supplying power to the load using the battery 1 (101) is performed.

배터리 1(101)을 사용하여 충분한 전력의 공급이 이루어질 수 없는 상태. 즉, 배터리 1(101)의 출력이 부하에서 요구하는 전력량보다 적을 경우에는 배터리 2(102)만으로 전력의 공급이 가능한지 여부를 판단하는 단계(S21)를 수행한다.A state in which sufficient power cannot be supplied using battery 1 (101). That is, when the output of the battery 1 (101) is less than the amount of power required by the load, a step (S21) of determining whether power can be supplied with only the battery 2 (102) is performed.

배터리 2(102)만으로 부하에서 요구하는 전력의 공급이 가능하다고 판단되면, 배터리 2(102)만으로 전력을 공급하는 단계(S31)를 수행한다.When it is determined that the power required by the load can be supplied with only the battery 2 (102), a step (S31) of supplying power with only the battery 2 (102) is performed.

배터리 2(102)만으로는 부하에서 요구하는 전력의 공급이 불가능한 경우에는 배터리 1(101)과 배터리 2(102)의 합산 출력량과 부하에서 요구하는 전력량을 비교하는 단계(S22)를 수행하고, 배터리 1(101)과 배터리 2(102)의 합산 출력량이 부하에서 요구하는 전력량을 만족하는 경우에는 배터리 1(101)과 배터리 2(102)를 이용하여 전력을 공급하는 단계(S32)를 수행한다.When it is impossible to supply the power required by the load with only the battery 2 (102), a step (S22) of comparing the sum of the outputs of the battery 1 (101) and the battery 2 (102) and the amount of power required by the load is performed (S22). When the sum of the outputs of (101) and the battery 2 (102) satisfies the amount of power required by the load, a step (S32) of supplying power using the battery 1 (101) and the battery 2 (102) is performed.

배터리 1(101)과 배터리 2(102)의 합산 출력량과 부하에서 요구하는 전력량을 비교하는 단계(S22)에서 배터리 1(101)과 배터리 2(102)의 합산 출력량이 부하에서 요구하는 전력량을 만족시키지 못하는 것으로 판단될 경우에는 n개 배터리를 순차적으로 적산한 합산 출력량과 부하에서 요구하는 전력량을 비교하는 단계(S2n)를 수행한다.In the step of comparing the sum of the outputs of battery 1 (101) and battery 2 (102) and the amount of power required by the load (S22), the sum of outputs of battery 1 (101) and battery 2 (102) satisfies the amount of power required by the load. If it is determined that this is not possible, a step (S2n) of comparing the total output amount obtained by sequentially integrating n batteries with the amount of power required by the load is performed.

순차적으로 적산한 n개 배터리의 합산 출력량이 부하에서 요구하는 전력량을 만족하는 경우에는 n개의 배터리 모두를 이용하여 전력을 공급하는 단계(S3n)를 수행한다.When the sum of the sequentially integrated outputs of the n batteries satisfies the amount of power required by the load, a step of supplying power using all n batteries (S3n) is performed.

최종적으로 모든 배터리(101~10n)의 합산 출력량이 부하에서 요구하는 전력량을 만족할 경우에만 전력을 공급하고, 만족하지 못할 경우에는 배터리가 공급 가능한 전력량만 공급하거나 또는 전력의 공급을 중단하는 단계(S40)를 수행한다.Finally, supplying power only when the total output of all batteries (101 to 10n) satisfies the amount of power required by the load, and if not satisfied, supplying only the amount of power that can be supplied by the battery or stopping the supply of power (S40 ) is performed.

즉, 본 발명의 전력변환장치에 충방전이 불가능한 배터리가 포함되어 있더라도 충방전이 불가능한 배터리를 제외하고 나머지 배터리를 동시에 사용할 수 있는 것에 특징이 있다.That is, even if a non-rechargeable battery is included in the power converter of the present invention, the battery other than the non-rechargeable battery can be used simultaneously.

또한, 어느 하나의 배터리로 부하에서 요구하는 전력량을 충족하지 못할 경우에는 다수의 배터리를 합산하여 부하에서 요구하는 전력량을 만족할 수 있도록 구성하는 것에 특징이 있는 것이다.In addition, when one battery does not satisfy the amount of power required by the load, it is characterized in that a plurality of batteries are added together to satisfy the amount of power required by the load.

상기한 바와 같은 과정에 이해 적력 공급 가능한 배터리의 양이 정해지면 하기와 같은 과정으로 전력을 공급한다. When the amount of the battery capable of supplying power is determined in the above process, power is supplied in the following process.

도 2에 도시한 바와 같이 단주기 운전 상태에서는 상대적으로 충방전 응답속도가 빠른 캐패시티나 c-rate가 높은 배터리를 이용하여 단시간에 높은 출력을 요구할 때 사용될 수 있는 운전 방법이다. 즉, 부하가 수초 ~ 1시간 이내에 빠른 응답과 높은 출력을 요구할 때 사용되고, 상기 시스템제어기의 제어에 의해 전압 보정, 주파수 유지 등 짧은 시간에 가능한 전력의 품질을 제어할 수 있으며, 본 발명의 전력변환 시스템을 배전망 안정(주파수, 전압) 혹은 피크 저감 운전 및 긴급 부하 대응에 사용할 수 있으며, 차량에 사용할 경우에는 차량의 시동을 걸때와 같은 상황에서 사용될 수 있다. As shown in FIG. 2 , in the short-cycle operation state, it is a driving method that can be used when a high output is required in a short time by using a battery with a relatively fast charge/discharge response speed or a high c-rate. That is, it is used when the load requires a fast response and high output within a few seconds to an hour, and it is possible to control the quality of power possible in a short time such as voltage correction and frequency maintenance by the control of the system controller, and the power conversion of the present invention The system can be used for power distribution network stabilization (frequency, voltage) or peak reduction operation and emergency load response.

도 3에 도시한 장주기 운전 상태는 지속적으로 일정한 전력을 부하에 공급하기 위한 운전 방법으로, 1시간 이상 지속적으로 전력의 공급이 필요하지만 많은 양의 전력을 요구하지 않는 상황에서 상대적으로 반응속도가 느려 c-rate가 낮지만 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 배터리로부터 전력을 부하에 공급할 수 있으며, 시스템제어기의 부하/시간 시프트(load/time shifting)으로 부하를 관리할 수 있고, 본 발명의 전력변환 시스템을 차량에 사용할 경우 차량이 평지에서 가속이 필요 없이 일정한 속도로 이동할 때와 같은 상황에서 사용될 수 있다.The long-cycle driving state shown in FIG. 3 is a driving method for continuously supplying constant power to a load, and requires continuous power supply for 1 hour or more, but has a relatively slow reaction speed in a situation where a large amount of power is not required. Although the c-rate is low, power can be supplied to the load from a battery that can stably supply power, and the load can be managed by load/time shifting of the system controller, and the power conversion system of the present invention When using a vehicle, it can be used in situations such as when the vehicle moves at a constant speed without the need for acceleration on a flat surface.

도 4는 본 발명의 전력변환 시스템이 급속하고 과도한 부하를 작동시킬 때 사용할 수 있는 운전 방법으로, 일정시간동안 지속적으로 전력의 공급이 필요하고, 이에 다수의 배터리로부터 전력을 공급받아 부하게 제공할 수 있어 부하 평균화(Load leveling), 전력 요급차 이용, 피크 전력 삭감, 신재생 에너지의 품질 향상 및 독립 부하 전원 공급에 사용될 수 있으며, 본 발명의 전력변환 시스템을 차량에 사용할 경우 차량이 경사지를 등판할 때와 같은 상황에서 사용될 수 있다.4 is an operation method that can be used when the power conversion system of the present invention operates a rapid and excessive load, and requires continuous power supply for a certain period of time. It can be used for load leveling, power emergency use, peak power reduction, quality improvement of renewable energy, and independent load power supply, and when the power conversion system of the present invention is used in a vehicle, the vehicle climbs a slope It can be used in situations such as when

도 5는 본 발명의 전력변환 시스템이 배터리 충전 운전하는 상태의 전력 공급 흐름도이다. 5 is a power supply flow chart in a state in which the power conversion system of the present invention is in a battery charging operation.

도시한 바와 같이 부하 대신 AC계통전원이 공급되어 배터리모듈을 구성하는 각 배터리가 충전된다. As shown, AC system power is supplied instead of the load to charge each battery constituting the battery module.

상기와 같이 구성된 이종 배터리 동시 연계가 가능한 전력변환 시스템은 시스템에 오류가 발생하였을 때 부하를 보호할 수 있어야 하며, 이를 위해 상기 AC계통부하와 DC/AC인버터 사이에는 전력전환시스템에 오류가 발생하였을 때 부하로 공급되는 AC전원을 차단하기 위한 AC차단부(50)를 더 구비하고 있다.The power conversion system configured as described above, capable of simultaneously linking different types of batteries, should be able to protect the load when a system error occurs. An AC cut-off unit 50 is further provided to cut off the AC power supplied to the load when the load is supplied.

또한 상기 DC/DC컨버터모듈(20)의 각 DC/DC컨버터와 배터리 사이에는 DC차단부(60)을 더 구비하여 DC전류가 배터리에 공급되는 것을 차단할 수 있게 하였다.In addition, a DC blocking unit 60 is further provided between each DC/DC converter of the DC/DC converter module 20 and the battery to block DC current from being supplied to the battery.

상기한 바와 같이 상기 DC/AC인버터(30)는 DC/DC컨버터모듈의 각 DC/DC컨버터의 출력 전압이 상이할 때 이를 부하에서 원하는 전압을 승압 또는 감압하여 부하에 공급하지만, DC/AC인버터(30)의 출력 전압이 부하에서 원하는 충분한 전압이 되지 못하거나 과할 수 있으며, 이때에 DC/AC인버터(30)의 출력을 승압 또는 감압하기 위해 상기 AC계통부하와 DC/AC인버터 사이에는 계통연계용 트랜스포머(70)를 더 설치할 수 있다. As described above, when the output voltage of each DC/DC converter of the DC/DC converter module is different, the DC/AC inverter 30 boosts or reduces the desired voltage from the load and supplies it to the load, but the DC/AC inverter The output voltage of (30) may not be a sufficient voltage desired by the load or may be excessive. A transformer 70 may be further installed.

또한 본 발명은 상기 시스템제어부(40)은 시스템의 운용에 의한 운전 중 수집된 데이터를 안전하게 보관하기 위해 백업서버(80)를 더 구비하는 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, it is preferable that the system control unit 40 further includes a backup server 80 to safely store data collected during operation of the system.

상기 백업서버(80)는 본 발명의 전력변환 시스템의 운용 과정 전반에 이루어지는 정보의 흐름이나 수득된 센싱 정보를 관리하는 서버로, 축적된 정보를 이용하여 사후 보완점을 찾고, 고장의 발생 원인을 역으로 추적할 수 있다.The backup server 80 is a server that manages the flow of information or the obtained sensing information throughout the operating process of the power conversion system of the present invention, finds post-compensation points using accumulated information, and reverses the cause of failure. can be traced to

10: 배터리모듈
11: 배터리 1 12: 배터리 n
20: DC/DC컨버터모듈
21: DC/DC컨버터 1 22: DC/DC컨버터 n
30: DC/AC인버터
40: 시스템제어부
50: AC차단부
60: DC차단부
70: 트랜스포머
80: 백업서버10: battery module
11: battery 1 12: battery n
20: DC/DC converter module
21: DC/DC converter 1 22: DC/DC converter n
30: DC/AC inverter
40: system control unit
50: AC blocking unit
60: DC blocking unit
70: transformer
80: backup server

Claims

The DC (direct current) of the battery module 10 composed of a plurality of batteries (101 to 10n) capable of charging and discharging and having different characteristics is converted into AC (alternating current), supplied to the AC system load, and AC system power is converted. In the power conversion system for charging a plurality of batteries 101 to 10n by supplying to the battery module 10,
The power conversion system,
A DC blocking unit 60 connected to each of the plurality of batteries 101 to 10n of the battery module 10;
It consists of a plurality of DC/DC converters 201 to 20n connected to the DC blocking unit 60, respectively, and outputs different voltages of the battery module 10 composed of a plurality of batteries 101 to 10n as a constant voltage. DC / DC converter module 20 to;
It is connected to the DC / DC converter module 20, converts DC output from the DC / DC converter module 20 into AC and supplies it to an AC system load, or converts AC supplied from the AC system power into DC a DC/AC inverter 30 supplying the DC/DC converter module 20;
An AC cut-off unit 50 provided between the DC/AC inverter 30 and the AC system load to block AC power supplied to the AC system load when an error occurs in the power conversion system; and
The battery module 10, the DC/DC converter module 20, the DC blocking unit 60, the DC/AC inverter 30, and the AC blocking unit 50 are connected by a communication line, so that the battery module 10 and the DC/ It consists of a DC converter module 20, a DC blocking unit 60, a DC/AC inverter 30 and a system control unit 40 that controls the AC blocking unit 50,
The system controller 40,
Upon receiving the power supply request signal, the current usability of all of the batteries 101 to 10n constituting the battery module 10 is checked before supplying power,
The battery module 10 is configured to simultaneously or partially operate a plurality of batteries 101 to 10n according to the power requirements of the AC system load for efficient operation of each currently available battery 101 to 10n. and
A power conversion system capable of simultaneously linking different types of batteries, characterized in that the battery and the AC system load are protected by stopping the power conversion system when the state of the battery cannot be checked due to a communication or battery failure.

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According to claim 1,
A power conversion system capable of simultaneous linkage of heterogeneous batteries, characterized in that a grid-connected transformer (70) is further installed between the AC system load and the DC / AC inverter.

According to claim 1,
The system controller 40 further includes a backup server 80 to safely store data collected during operation by the operation of the system.

According to claim 1,
The DC/AC inverter 30 converts DC into AC and supplies it to the load when supplying the power of the DC/DC converter module 20 to the load, and conversely converts AC into AC when charging the battery using AC system power. A power conversion system capable of simultaneously linking heterogeneous batteries, characterized in that the battery is charged by converting to DC.

According to claim 1,
The DC/DC converters (201 to 20n) have a control unit, a power conversion unit, a sensing unit, and a protection unit.

According to claim 1,
The DC / AC inverter (30) is a power conversion system capable of simultaneous linkage of heterogeneous batteries, characterized in that it has a control unit, a power conversion unit, a sensing unit, and a protection unit.

The method of any one of claims 1 and 4 to 8,
When receiving a power supply request signal from the system controller 40, before supplying power,
Checking whether all of the batteries 101 to 10n constituting the battery module are currently usable (S10);
If the battery can be charged and discharged, determining whether it is possible to supply the amount of power required by the load to battery 1 (101) for efficient operation of each battery of the battery module 10 (S20);
supplying power to the load using battery 1 (101) when it is determined that it is possible to supply the amount of power required by the load with battery 1 (101) (S30);
When the output of battery 1 (101) is less than the amount of power required by the load, determining whether power can be supplied with only battery 2 (102) (S21);
If it is determined that the supply of power required by the load is possible with only the battery 2 (102), supplying power only with the battery 2 (102) (S31);
Comparing the sum of the outputs of the battery 1 (101) and the battery 2 (102) and the amount of power required by the load when it is impossible to supply the power required by the load with only the battery 2 (102) (S22);
In the step of comparing the sum of the outputs of battery 1 (101) and battery 2 (102) and the amount of power required by the load (S22), the sum of outputs of battery 1 (101) and battery 2 (102) satisfies the amount of power required by the load. If so, supplying power using battery 1 (101) and battery 2 (102) (S32);
In the step of comparing the sum of the outputs of battery 1 (101) and battery 2 (102) and the amount of power required by the load (S22), the sum of outputs of battery 1 (101) and battery 2 (102) satisfies the amount of power required by the load. Comparing the total output amount obtained by sequentially integrating n batteries with the amount of power required by the load when it is determined that it cannot be performed (S2n);
supplying power using all the n batteries when the sum of the sequentially integrated outputs of the n batteries satisfies the amount of power required by the load (S3n);
Finally, supplying power only when the total output of all batteries (101 to 10n) satisfies the amount of power required by the load, and if not satisfied, supplying only the amount of power that can be supplied by the battery or stopping the supply of power (S40 );
A power conversion system capable of simultaneously linking heterogeneous batteries, characterized in that for performing.

According to claim 9,
In the step of inspecting whether all of the batteries 101 to 10n constituting the battery module are currently usable (S10), determining whether additional charge/discharge is possible for a battery that cannot be charged or discharged among batteries as a result of the inspection (S10) ( A power conversion system capable of simultaneously linking heterogeneous batteries, characterized in that performing S11).

According to claim 10,
A power conversion system capable of simultaneously linking different types of batteries, characterized in that in the step (S11) of determining whether or not the additionally performed charge and discharge is possible, the step (S12) of notifying the manager is performed for the battery that cannot be charged and discharged.

According to claim 10,
After the additionally performed step of determining whether charging and discharging is possible (S11), a step of determining whether or not power supply is possible except for the battery where charging and discharging is impossible (S111) is further performed, and the battery is charged and discharging is impossible. A power conversion system capable of simultaneously linking different types of batteries, characterized in that when it is determined that power supply is possible except for power supply, excluding batteries that cannot be charged and discharged.