(57)【要約】  実施例に係る電力供給システムは、電気エネルギーを生成する発電装置と、前記電気エネルギーを交流に反転させるインバータと、前記電気エネルギーを受けてバッテリーを充電し、充電された電気エネルギーを放電して前記インバータに電気エネルギーを供給するエネルギー貯蔵システムと、前記インバータと前記エネルギー貯蔵システムの間に配置される直流リンクキャパシターとを含み、前記エネルギー貯蔵システムは、スイッチを有し、前記直流リンクキャパシターと前記バッテリーの間に配置される直流／直流コンバータを含み、前記直流／直流コンバータは、前記バッテリーの放電動作開始の前に、前記直流リンクキャパシターに電流を提供して前記直流リンクキャパシターの電圧を前記インバータの動作電圧まで充電させる。【選択図】図２
2021509002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを生成する発電装置と、
前記電気エネルギーを交流に反転させるインバータと、
前記電気エネルギーを受けてバッテリーを充電し、充電された電気エネルギーを放電して前記インバータに電気エネルギーを供給するエネルギー貯蔵システムと、
前記インバータと前記エネルギー貯蔵システムの間に配置される直流リンクキャパシターと、
を含み、
前記エネルギー貯蔵システムは、スイッチを有し、前記直流リンクキャパシターと前記バッテリーの間に配置される直流／直流コンバータを含み、
前記直流／直流コンバータは、前記バッテリーの放電動作開始の前に、前記直流リンクキャパシターに電流を提供して前記直流リンクキャパシターの電圧を前記インバータの動作電圧まで充電させる、電力供給システム。
【請求項２】
前記直流／直流コンバータは、絶縁型コンバータであり、
前記直流／直流コンバータは、ブリッジ回路部を含み、
前記ブリッジ回路部は、
トランスフォーマーと、
前記トランスフォーマーの一次側に配置される第１フルブリッジ回路と、
前記トランスフォーマーの二次側に配置される第２フルブリッジ回路と、を含み、
前記直流／直流コンバータは、前記ブリッジ回路部を利用して前記電流を提供する、請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記直流／直流コンバータは、非絶縁型コンバータであり、
前記直流／直流コンバータは、トップスイッチ部およびブリッジ回路部を含み、
前記ブリッジ回路部は、フルブリッジ回路を含み、
前記トップスイッチ部は、一つ以上のスイッチを有し、
前記直流／直流コンバータは、前記トップスイッチ部と前記ブリッジ回路部を利用して前記電流を提供する、請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記エネルギー貯蔵システムは、前記直流／直流コンバータを制御する充電制御部を含み、
前記充電制御部は、前記直流／直流コンバータの出力パワーが基準パワー未満である場合、前記直流／直流コンバータが所定の電力変換効率を有する電流を提供し、前記直流／直流コンバータに提供されるパルス幅を制御して出力パワーを制御する、請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項５】
第１端に連結される過電流保護回路部と、
第２端に連結される直流安定化回路部と、
前記過電流保護回路部と前記直流安定化回路部の間に電気的に連結され、スイッチを有するブリッジ回路部と、を含み、
前記第２端に電気的に連結されたバッテリーの放電動作開始の前に、前記第１端に電気的に連結された直流リンクキャパシターに電流を提供して前記直流リンクキャパシターの電圧をインバータの動作電圧まで充電させる、直流／直流コンバータ。
【請求項６】
前記直流／直流コンバータは、絶縁型コンバータであり、
前記ブリッジ回路部は、
トランスフォーマーと、前記トランスフォーマーの一次側に配置される第１フルブリッジ回路と、前記トランスフォーマーの二次側に配置される第２フルブリッジ回路とを含み、
前記直流／直流コンバータは、前記ブリッジ回路部を利用して前記電流を提供する、請求項５に記載の直流／直流コンバータ。
【請求項７】
前記直流／直流コンバータは、非絶縁型コンバータであり、
前記第１端とブリッジ回路部の間に配置されるトップスイッチ部をさらに含み、
前記ブリッジ回路部は、フルブリッジ回路を含み、
前記トップスイッチ部は、一つ以上のスイッチを有し、
前記直流／直流コンバータは、前記トップスイッチ部と前記ブリッジ回路部を利用して前記電流を提供する、請求項５に記載の直流／直流コンバータ。
【請求項８】
出力パワーが基準パワー未満である場合、所定の電力変換効率を有する電流を提供し、出力パワーが前記直流／直流コンバータに提供されるパルス幅によって制御される、請求項５に記載の直流／直流コンバータ。
【請求項９】
発電装置で生成された電気エネルギーをバッテリーに充電し、充電された電気エネルギーを放電してインバータに電気エネルギーを提供するエネルギー貯蔵システムを含む電力供給システムにおいて、
バッテリー放電モードを開始するステップと、
前記インバータと前記エネルギー貯蔵システムの間に配置された直流リンクキャパシターの電圧が前記インバータの動作電圧未満である場合、初期充電モードを開始するステップと、
直流／直流コンバータが前記直流リンクキャパシターに初期充電電流を提供するステップと、
前記電圧が前記動作電圧以上である場合、前記直流／直流コンバータが前記バッテリーの放電動作をするステップとを含む、電力供給方法。
【請求項１０】
前記初期充電モードの開始の後、前記電圧が前記動作電圧未満である場合、前記電流が基準電流以上であるのかを判断するステップと、
前記電流が前記基準電流以上である場合、前記直流／直流コンバータが前記直流リンクキャパシターに初期充電電流提供を中断するステップと、
前記初期充電電流提供の中断の後、前記電流が設定電流以下であるのかを判断するステップと、
前記電流が前記設定電流以上である場合、前記直流／直流コンバータが前記初期充電電流を提供するステップとをさらに含む、請求項９に記載の電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施例は、直流／直流コンバータを含む電力供給システムおよびこれの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギーは、変換と伝送が容易でるので広く使用されている。このような電気エネルギーを効率的に使用するために、エネルギー貯蔵システム(Energy Storage System：ESS)を用いる。エネルギー貯蔵システムは、電力の供給を受けてバッテリーに充電する。また、エネルギー貯蔵システムは、電力が必要な場合、バッテリーから充電された電力を放電して電力を供給する。これによって、エネルギー貯蔵システムは、電力を流動的に供給できるようにする。
【０００３】
具体的に、電力供給システムがエネルギー貯蔵システムを含む場合、次のように動作する。エネルギー貯蔵システムは、負荷または系統が過負荷である場合、バッテリーに貯蔵された電気エネルギーを放電する。また、負荷または系統が軽負荷である場合、エネルギー貯蔵システムは、発電装置または系統から電力の供給を受けてバッテリーに充電する。
【０００４】
また、電力供給システムと関係がなく、エネルギー貯蔵システムが独立的に存在する場合、エネルギー貯蔵システムは、外部の電力供給源から遊休電力の供給を受けてバッテリーに充電する。また、系統または負荷が過負荷である場合、エネルギー貯蔵システムは、バッテリーから充電された電力を放電して電力を供給する。
【０００５】
一方、エネルギー貯蔵システムは、バッテリーの放電モード動作時、電力供給システムのインバータ入力端に配置された直流リンク電圧を初期充電(またはフリーチャージ)してバッテリー側とインバータ側の電圧差を減らし突入電流を遮断しなければならない。直流リンク電圧を初期充電するために、電力供給システムは、発電装置または系統から初期充電電力が供給されていた。
【０００６】
しかし、生成された発電電力がないので、発電装置から初期充電電力の供給を受けることができず、系統における初期充電電力供給が中断された場合、エネルギー貯蔵システムは、直流リンク電圧を初期充電できない問題が発生していた。
【０００７】
また、エネルギー貯蔵システムは、直流／直流コンバータが電力変換をする場合、出力パワーの比率に応じて電力変換効率が変わる。特に、直流／直流コンバータは、出力パワーの所定の比率以下において電力変換効率が急激に減少する問題が発生し、結局、エネルギー貯蔵システムは、バッテリーいおけるエネルギー供給または受給効率が減少する問題が発生していた。
【０００８】
また、エネルギー貯蔵システムは、バッテリーが放電されると、直流／直流コンバータを駆動させてバッテリーを充電していた。この場合、直流／直流コンバータは、駆動のためにバッテリーから待機電力の供給を受けていた。しかし、バッテリーが完全放電または過放電される場合、エネルギー貯蔵システムは、バッテリーから待機電力の供給を受けることができず、直流／直流コンバータを駆動させることができないので、バッテリーを交替するしかなかったので、費用の無駄遣いや資源の無駄遣いの問題が発生していた。
【０００９】
また、エネルギー貯蔵システムは、バッテリーの充電または放電動作時に安定度を向上させるために、ドループ制御をする。特に、エネルギー貯蔵システムは、バッテリーの充電状態(SOC)に応じてドループ制御をしていた。しかし、バッテリーの充電状態(SOC)に応じてドループ制御をするために、バッテリーのＢＭＳと通信するための通信線および通信部が別途に必要であり、通信を利用したフィードバック過程の速度遅延により、バッテリーの充電または放電動作時の安定度を向上させることに限界があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
実施例は、上述した従来技術の問題点を解決するために考案されたものであり、実施例は、直流／直流コンバータを含むエネルギー貯蔵システムおよびこれを含む電力供給システムおよびこれの制御方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、実施例は、別途の構成なしに直流リンク電圧を初期充電できる直流／直流コンバータを含むエネルギー貯蔵システムおよびこれを含む電力供給システムおよびこれの制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
また、実施例は、電力変換効率が優れる直流／直流コンバータを含むエネルギー貯蔵システムおよびこれを含む電力供給システムおよびこれの制御方法を提供することを目的とする。
【００１３】
また、実施例は、バッテリーが過放電されてもバッテリーの交替なしにバッテリー充電が可能な直流／直流コンバータを含むエネルギー貯蔵システムおよびこれを含む電力供給システムおよびこれの制御方法を提供することを目的とする。
【００１４】
また、実施例は、バッテリーの充電または放電の動作モードを迅速に決定する直流／直流コンバータを含むエネルギー貯蔵システムおよびこれを含む電力供給システムおよびこれの制御方法を提供することを目的とする。
【００１５】
また、実施例は、バッテリー充電または放電時にドループ制御をするために別途の通信線および通信部が不必要な直流／直流コンバータを含むエネルギー貯蔵システムおよびこれを含む電力供給システムおよびこれの制御方法を提供することを目的とする。
【００１６】
また、実施例は、バッテリー充電または放電時に迅速なドループ制御が可能な直流／直流コンバータを含むエネルギー貯蔵システムおよびこれを含む電力供給システムおよびこれの制御方法を提供することを目的とする。
【００１７】
実施例で達成しようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に限定されるものではなく、以上で言及されていないさらに他の技術的課題は、以下の記載から実施例が属する技術分野で通常の知識を有した者に明確に理解されるだろう。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記のような技術的課題を解決するために、実施例に係る電力供給システムは、電気エネルギーを生成する発電装置と、前記電気エネルギーを交流に反転させるインバータと、前記電気エネルギーを受けてバッテリーを充電し、充電された電気エネルギーを放電して前記インバータに電気エネルギーを供給するエネルギー貯蔵システムと、前記インバータと前記エネルギー貯蔵システムの間に配置される直流リンクキャパシターとを含み、前記エネルギー貯蔵システムは、スイッチを有し、前記直流リンクキャパシターと前記バッテリーの間に配置される直流／直流コンバータを含み、前記直流／直流コンバータは、前記バッテリーの放電動作開始の前に、前記直流リンクキャパシターに電流を提供して前記直流リンクキャパシターの電圧を前記インバータの動作電圧まで充電させることができる。
【００１９】
また、実施例に係る電力供給システムは、前記直流／直流コンバータは、絶縁型コンバータであり、前記直流／直流コンバータは、ブリッジ回路部を含み、前記ブリッジ回路部は、トランスフォーマーと、前記トランスフォーマーの一次側に配置される第１フルブリッジ回路と、前記トランスフォーマーの二次側に配置される第２フルブリッジ回路を含み、前記直流／直流コンバータは、前記ブリッジ回路部を利用して前記電流を提供することができる。
【００２０】
また、実施例に係る電力供給システムは、前記直流／直流コンバータは、非絶縁型コンバータであり、前記直流／直流コンバータは、トップスイッチ部およびブリッジ回路部を含み、前記ブリッジ回路部は、フルブリッジ回路を含み、前記トップスイッチ部は、一つ以上のスイッチを有し、前記直流／直流コンバータは、前記トップスイッチ部と前記ブリッジ回路部を利用して前記電流を提供することができる。
【００２１】
また、実施例に係る電力供給システムは、前記エネルギー貯蔵システムは、前記直流／直流コンバータを制御する充電制御部を含み、前記充電制御部は、前記直流／直流コンバータの出力パワーが基準パワー未満である場合、前記直流／直流コンバータが所定の電力変換効率を有する電流を提供し、前記直流／直流コンバータに提供されるパルス幅を制御して出力パワーを制御することができる。
【００２２】
実施例に係る直流／直流コンバータは、第１端に連結される過電流保護回路部と、第２端に連結される直流安定化回路部と、前記過電流保護回路部と前記直流安定化回路部の間に電気的に連結され、スイッチを有するブリッジ回路部とを含み、前記第２端に電気的に連結されたバッテリーの放電動作開始の前に、前記第１端に電気的に連結された直流リンクキャパシターに電流を提供して前記直流リンクキャパシターの電圧をインバータの動作電圧まで充電させることができる。
【００２３】
また、実施例に係る直流／直流コンバータは、前記直流／直流コンバータは、絶縁型コンバータであり、前記ブリッジ回路部は、トランスフォーマーと、前記トランスフォーマーの一次側に配置される第１フルブリッジ回路と、前記トランスフォーマーの二次側に配置される第２フルブリッジ回路を含み、前記直流／直流コンバータは、前記ブリッジ回路部を利用して前記電流を提供することができる。
【００２４】
また、実施例に係る直流／直流コンバータは、前記直流／直流コンバータは、非絶縁型コンバータであり、前記第１端とブリッジ回路部の間に配置されるトップスイッチ部をさらに含み、前記ブリッジ回路部は、フルブリッジ回路を含み、前記トップスイッチ部は、一つ以上のスイッチを有し、前記直流／直流コンバータは、前記トップスイッチ部と前記ブリッジ回路部を利用して前記電流を提供することができる。
【００２５】
また、実施例に係る直流／直流コンバータは、出力パワーが基準パワー未満である場合、所定の電力変換効率を有する電流を提供し、出力パワーが前記直流／直流コンバータに提供されるパルス幅によって制御される。
【００２６】
実施例に係る電力供給方法は、発電装置で生成された電気エネルギーをバッテリーに充電し、充電された電気エネルギーを放電してインバータに電気エネルギーを提供するエネルギー貯蔵システムを含む電力供給システムにおいて、バッテリー放電モードを開始するステップと、前記インバータと前記エネルギー貯蔵システムの間に配置された直流リンクキャパシターの電圧が前記インバータの動作電圧未満である場合、初期充電モードを開始するステップと、前記直流／直流コンバータが前記直流リンクキャパシターに初期充電電流を提供するステップと、前記電圧が前記動作電圧以上である場合、前記直流／直流コンバータが前記バッテリーの放電動作をするステップとを含むことができる。
【００２７】
実施例に係る電力供給方法は、前記初期充電モードの開始の後、前記電圧が前記動作電圧未満である場合、前記電流が基準電流以上であるのかを判断するステップと、前記電流が前記基準電流以上である場合、前記直流／直流コンバータが前記直流リンクキャパシターに初期充電電流提供を中断するステップと、前記初期充電電流提供の中断の後、前記電流が設定電流以下であるのかを判断するステップと、前記電流が前記設定電流以上である場合、前記直流／直流コンバータが前記初期充電電流を提供するステップとをさらに含むことができる。
【００２８】
実施例に係る電力供給方法は、発電装置で生成された電気エネルギーをバッテリーに充電し、充電された電気エネルギーを放電してインバータに電気エネルギーを提供するエネルギー貯蔵システムを含む電力供給システムにおいて、前記エネルギー貯蔵システムが充電モードまたは放電モードで動作するステップと、直流／直流コンバータのコンバータ効率制御領域であるのかを判断するステップと、前記直流／直流コンバータのコンバータ効率制御領域である場合、前記直流／直流コンバータのコンバータ効率制御をするステップとを含み、前記直流／直流コンバータのコンバータ効率制御領域であるのかを判断するステップは、直流／直流コンバータの出力パワーが基準パワー未満であるのかを判断することができる。
【００２９】
実施例に係る電力供給方法は、前記コンバータ効率制御は、前記出力パワーに基づいてパルス幅を算出するステップを含むことができる。
【００３０】
上記のような技術的課題を解決するために、実施例に係る直流／直流コンバータは、第１端に連結される過電流保護回路部と、第２端に連結される直流安定化回路部と、前記過電流保護回路部と前記直流安定化回路部の間に電気的に連結され、スイッチを有するブリッジ回路部と、前記ブリッジ回路部を制御する制御部と、前記第２端に提供された第１電力に基づいて前記制御部の駆動電源を生成する補助電源部と、前記第１端と前記補助電源部の間に電気的に連結されるバックアップ電源部とを含み、前記第２端から前記補助電源部に前記第１電力が提供されない場合、前記バックアップ電源部は、前記補助電源部に第２電力を提供することができる。
【００３１】
また、実施例に係る直流／直流コンバータは、前記第１電力は待機電力であり、前記第２電力は、前記補助電源部が前記制御部の駆動電源を生成するための最小電力であってもよい。
【００３２】
また、実施例に係る直流／直流コンバータは、前記第２端から前記補助電源部に前記第１電力が提供されない場合は、前記第２端に連結されたバッテリーが過放電状態である。
【００３３】
また、実施例に係る直流／直流コンバータは、前記第１端には直流リンクキャパシターが連結される。
【００３４】
また、実施例に係る直流／直流コンバータは、前記バックアップ電源部は、前記第１端に入力された電力に基づいて前記第２電力を提供することができる。
【００３５】
また、実施例に係る直流／直流コンバータは、前記バックアップ電源部は、外部電源と連結された端子から入力される電力に基づいて前記第２電力を提供することができる。
【００３６】
また、実施例に係る直流／直流コンバータは、前記バックアップ電源部と前記第２端の間に電流制限部をさらに含むことができる。
【００３７】
実施例に係る電力変換方法は、第１端から電力の伝達を受けて第２端に電力を提供する電力変換方法において、前記第２端から第１電力が提供される場合、補助電源部に前記第１電力を提供するステップと、前記第２端から第１電力が提供されない場合、バックアップ電源部が前記補助電源部に第２電力を提供するステップと、前記補助電源部が前記第１電力または前記第２電力に基づいて制御部の駆動電源を生成するステップとを含むことができる。
【００３８】
上記のような技術的課題を解決するために、実施例に係る直流／直流コンバータは、第１端に連結される過電流保護回路部と、第２端に連結される直流安定化回路部と、前記過電流保護回路部と前記直流安定化回路部の間に電気的に連結され、スイッチを有するブリッジ回路部と、前記ブリッジ回路部を制御する制御部とを含み、前記制御部は、前記第１端の電圧の大きさに応じて動作モードおよび基準電力を決定することができる。
【００３９】
また、実施例に係る直流／直流コンバータは、前記制御部は、前記決定された基準電力に基づいて、前記スイッチを制御するスイッチング信号を前記ブリッジ回路に提供することができる。
【００４０】
また、実施例に係る直流／直流コンバータは、前記第１端には直流リンクキャパシターが連結される。
【００４１】
また、実施例に係る直流／直流コンバータは、前記動作モードは、前記第１端の電圧が第１電圧以上であると充電モードであり、前記第１端の電圧が前記第１電圧より小さく第２電圧より大きいと待機モードであり、前記第１端の電圧が前記第２電圧以下でると放電モードである。
【００４２】
また、実施例に係る直流／直流コンバータは、前記基準電力は、前記動作モードが充電モードである場合、前記第１端の電圧に前記第１電圧を引いてから充電電力傾きを乗じて算出され、前記動作モードが放電モードである場合、前記第２電圧に前記第１端の電圧を引いてから放電電力傾きを乗じて算出されてもよい。
【００４３】
また、実施例に係る直流／直流コンバータは、前記制御部は、前記決定された基準電力が設定された最大電力より大きい場合、前記最大電力に基づいて前記スイッチング信号を生成し、前記決定された基準電力がインバータ制限電力より大きい場合、前記インバータ制限電力に基づいて前記スイッチング信号を生成し、前記決定された基準電力がバッテリー制限電力より大きい場合、前記バッテリー制限電力に基づいて前記スイッチング信号を生成することができる。
【００４４】
実施例に係る電力変換方法は、第１端の電圧をセンシングするステップと、前記第１端の電圧の大きさに応じて動作モードを選択するステップと、前記第１端の電圧の大きさに応じて基準電力を決定するステップと、前記決定された基準電力に基づいてスイッチング信号を生成するステップとを含むことができる。
【発明の効果】
【００４５】
実施例に係る直流／直流コンバータを含むエネルギー貯蔵システムおよびこれを含む電力供給システムおよびこれの制御方法に対する効果を説明すると以下のようである。
【００４６】
実施例は、別途の構成なしに直流リンク電圧を初期充電することができる。
【００４７】
また、実施例は、直流リンク電圧の初期充電速度が速いので、バッテリー放電動作を迅速にすることができる。
【００４８】
また、実施例は、直流／直流コンバータの電力変換効率が優れる。
【００４９】
また、実施例は、直流／直流コンバータの電力変換効率が優れるので、バッテリーの充電または放電時に伝達されるエネルギー効率が向上する。
【００５０】
また、実施例は、バッテリーが過放電されてもバッテリーを充電することができる。
【００５１】
また、実施例は、バッテリーが過放電されてもバッテリーを交替する必要がない。
【００５２】
また、実施例は、バッテリーの充電または放電の動作モードを迅速に決定することができる。
【００５３】
また、実施例は、バッテリー充電または放電時にドループ制御をするために別途の通信線および通信部が不必要である。
【００５４】
また、実施例は、バッテリー充電または放電時に迅速なドループ制御が可能である。
【００５５】
実施例で得られる効果は、以上で言及した効果に限定されるものではなく、以上で言及されていないさらに他の効果は、以下の記載から実施例に属する技術分野で通常の知識を有した者に明確に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
以下に添付される図面は、実施例を理解し易くするためのものであり、詳細な説明と一緒に実施例に対する実施例を提供する。ただし、実施例の技術的特徴が特定図面に限定されるものではなく、各図面で開示する特徴は、相互組合わせて新たな実施例として構成されてもよい。
【図１】実施例に係る電力供給システムの概略的な構成を説明するための図面である。
【図２】一実施例に係るエネルギー貯蔵システムを説明するための図面である。
【図３】一実施例に係る初期充電時に直流リンクキャパシターの直流電圧と直流電流を説明するためのグラフである。
【図４】一実施例に係る直流／直流コンバータの回路図である。
【図５】図４の直流／直流コンバータが直流リンクキャパシターを初期充電するための動作を説明する図面である。
【図６】図４の直流／直流コンバータが直流リンクキャパシターを初期充電するための動作を説明する図面である。
【図７】別の実施例に係る直流／直流コンバータの回路図である。
【図８】図７の直流／直流コンバータが直流リンクキャパシターを初期充電するための動作を説明する図面である。
【図９】図７の直流／直流コンバータが直流リンクキャパシターを初期充電するための動作を説明する図面である。
【図１０】さらに別の実施例に係る直流／直流コンバータの回路図である。
【図１１】一実施例に係るエネルギー貯蔵システムが直流／直流電力変換時に出力パワー比率に応じた電力変換比率を示したグラフである。
【図１２】一実施例に係るエネルギー貯蔵システムの直流／直流コンバータのパルス幅制御方法を説明する図面である。
【図１３】一実施例に係るエネルギー貯蔵システムの出力パワーに応じた信号を説明するための図面である。
【図１４】一実施例に係る電力供給システムの直流リンクキャパシターの初期充電方法を説明するための図面である。
【図１５】一実施例に係るエネルギー貯蔵システムの電力供給方法を説明するための図面である。
【図１６】一実施例に係る電力供給システムのエネルギー貯蔵システムに適用されたコンバータ効率制御部の構成を説明するための図面である。
【図１７】一実施例に係るエネルギー貯蔵システムの直流／直流コンバータの電力変換効率制御方法を説明するための図面である。
【図１８】別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムを説明するための図面である。
【図１９】さらに別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムを説明するための図面である。
【図２０】さらに別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムを説明するための図面である。
【図２１】さらに別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムを説明するための図面である。
【図２２】実施例に係るエネルギー貯蔵システムの直流／直流コンバータでバッテリーを充電するための電力変換方法を説明するための図面である。
【図２３】さらに別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムを説明するための図面である。
【図２４】図２３の制御部を説明するための図面である。
【図２５】図２３のエネルギー貯蔵システムのドループ制御カーブを説明するための図面である。
【図２６】図２４の基準電流決定部を説明するための図面である。
【図２７】図２４の電流制御部を説明するための図面である。
【図２８】図２３のエネルギー貯蔵システムの電力変換方法を説明するための図面である。
【図２９】図２８の動作モードを選択する方法を説明するための図面である。
【図３０】図２８の基準電力を決定する方法を説明するための図面である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
以下、本発明の実施例に対して図面を参照して詳しく説明する。以下の説明で用いられる構成要素に対する接尾辞「モジュール」および「部」は、明細書を容易に作成するために付与されたり混用されるものであり、それ自体で、相互区別される意味または役割を有するものではない。
【００５８】
本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付される図面と一緒に詳しく後述されている実施例を参照すると明確となるだろう。しかし、本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものではなく、相互異なる多様な形態で具現することができ、本実施例は、単に本発明の開示が完全となるようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者に発明の範疇を完全に教えるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるべきである。明細書全体にわたり、同一参照符号は同一構成要素を示す。
【００５９】
本発明の実施例の説明において、公知機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にする恐れがあると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。そして、後述される用語は、本発明の実施例における機能を考慮して定義された用語として、これは使用者、運用者の意図または慣例などによって可変する。よって、その定義は、本明細書全般的な内容に基づいて定義されるべきである。
【００６０】
添付された図面の各ブロックとフローチャートの各ステップの組合せは、コンピュータプログラム命令によって実行されてもよい。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、特殊用コンピュータまたはその他プログラム可能なデータプロセシング装備のプロセッサに搭載できるので、コンピュータまたはその他プログラム可能なデータプロセシング装備のプロセッサを通じて実行されるその命令が図面の各ブロックまたはフローチャートの各ステップで説明された機能をする手段を生成することになる。これらのコンピュータプログラム命令は、特定方式で機能を具現するためにコンピュータまたはその他プログラム可能なデータプロセシング装備を指向できるコンピュータ利用可能なまたはコンピュータ読取可能なメモリーに格納できるので、そのコンピュータ利用可能なまたはコンピュータ読取可能なメモリーに格納された命令は、図面の各ブロックまたはフローチャートの各ステップで説明された機能をする命令手段を内包する製造品目を生産することも可能である。コンピュータプログラム命令は、コンピュータまたはその他プログラム可能なデータプロセシング装備に搭載することも可能であるので、コンピュータまたはその他プログラム可能なデータプロセシング装備において一連の動作ステップが実行され、コンピュータで実行されるプロセスを生成してコンピュータまたはその他プログラム可能なデータプロセシング装備を実行する命令は、図面の各ブロックおよびフローチャートの各ステップで説明された機能を実行するためのステップを提供することも可能である。
【００６１】
また、各ブロックまたは各ステップは、特定された論理的機能を実行するための一つ以上の実行可能な命令を含むモジュール、セグメントまたはコードの一部を表すことができる。また、別の代替実施例では、ブロックまたはステップで言及された機能は、その順序を変えて実施することも可能である。例えば、連続して図示されている二つのブロックまたはステップは、実質的に同時に実行されてもよく、またはそのブロックまたはステップが時々該当する機能に応じて逆順に実行されてもよい。
【００６２】
図１は、実施例に係る電力供給システムの概略的な構成を説明するための図面である。
【００６３】
図１を参照すると、実施例に係る電力供給システム１は、発電装置１０、エネルギー貯蔵システム２０、インバータ３０、交流フィルター４０、交流／交流コンバータ５０、系統６０、システム制御部８０、負荷７０を含むことができる。
【００６４】
発電装置１０は、電気エネルギーを生産することができる。発電装置１０が太陽光発電システムである場合、発電装置１０は太陽電池アレイであってもよい。太陽電池アレイは、複数の太陽電池モジュールを結合したものである。太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを直列または並列に連結し、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換して所定の電圧と電流を発生させる装置である。よって、太陽電池アレイは、太陽エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換することができる。また、発電装置１０が風力発電システムである場合、発電装置１０は風力エネルギーを電気エネルギーを変換するファンであってもよい。
【００６５】
一方、前記発電装置１０は、これに限定されるものではなく、前記太陽光発電システムおよび風力発電システム以外にも潮力発電システムとして構成されてもよい。なお、これは例示的なものであり、前記発電装置１０は、以上に言及した種類に限定されるものではなく、太陽熱や地熱など新再生エネルギーを利用して電気エネルギーを生成する発電システムを全て含むことができる。
【００６６】
また、電力供給システム１は、発電装置１０なしにエネルギー貯蔵システム２０のみによって電力を供給することができる。この場合、電力供給システム１は、発電装置１０を含まなくてもよい。
【００６７】
インバータ３０は、直流電力を交流電力に変換することができる。より具体的に、発電装置１０が供給した直流電力またはエネルギー貯蔵システム２０が放電した直流電力を交流電力に変換することができる。
【００６８】
交流フィルター４０は、交流電力に変換された電力のノイズをフィルタリングすることができる。また、実施例によっては、交流フィルター４０は省略されてもよい。
【００６９】
交流／交流コンバータ５０は、交流電力を系統６０または負荷７０に供給することができるようにノイズがフィルタリングされた交流電力の電圧の大きさを変換し、変換された交流電力を系統６０または負荷７０に供給することができる。また、実施例によっては、交流／交流コンバータ５０は省略されてもよい。
【００７０】
系統６０とは、多くの発電所、変電所、送配電線および負荷が一体となって電力の発生および利用が行われるシステムである。
【００７１】
負荷７０は、発電装置１０等の発電システムまたはエネルギー貯蔵システム２０から電気エネルギーが供給されて電力を消耗する。
【００７２】
エネルギー貯蔵システム２０(ESS：Energy Storage System)は、発電装置１０から電気エネルギーの供給を受けて充電し、系統６０または負荷７０の電力受給状況に応じて充電された電気エネルギーを放電することができる。より具体的に、系統６０または負荷７０が軽負荷である場合、エネルギー貯蔵システム２０は、発電装置１０から遊休電力の供給を受けて充電することができる。系統６０または負荷７０が過負荷である場合、エネルギー貯蔵システム２０は充電された電力を放電して系統６０または負荷７０に電力を供給することができる。また、エネルギー貯蔵システム２０は、発電装置１０と電気的に連結され、インバータ３０と電気的に連結されるように発電装置１０とインバータ３０の間に連結される。
【００７３】
システム制御部８０は、エネルギー貯蔵システム２０、インバータ３０、交流／交流コンバータ５０の動作を制御することができる。より具体的に、システム制御部８０は、エネルギー貯蔵システム２０の充電および放電を制御することができる。系統６０または負荷７０が過負荷である場合、システム制御部８０は、エネルギー貯蔵システム２０が電力を供給して系統６０または負荷７０に電力を伝達できるように制御することができる。系統６０または負荷７０が軽負荷である場合、システム制御部８０は、外部の電力供給源または発電装置１０が電力を供給してエネルギー貯蔵システム２０に伝達できるように制御することができる。
【００７４】
以下、エネルギー貯蔵システムに対してより具体的に説明することにする。
【００７５】
図２は、一実施例に係るエネルギー貯蔵システムを説明するための図面である。
【００７６】
図２を参照すると、一実施例に係るエネルギー貯蔵システム２０は、直流／直流コンバータ１００、バッテリー２００、充電制御部３００を含むことができる。図１には図示されていないが、エネルギー貯蔵システム２０は、直流リンクキャパシター９０を介してインバータ３０と連結される。即ち、直流リンクキャパシター９０は、エネルギー貯蔵システム２０とインバータ３０の間に配置される。これによって、エネルギー貯蔵システム２０は、充電モードにおいて直流リンクキャパシター９０の直流電圧Ｖｄｃを受け、放電モードにおいて直流リンクキャパシター９０に直流電圧Ｖｄｃを提供することができる。
【００７７】
バッテリー２００は、充電モードにおいて直流／直流コンバータ１００から充電電力を受信し、受信した電力によって充電動作を実行することができる。また、バッテリー２００は、放電モードにおいて予め貯蔵された電力を直流／直流コンバータ１００に出力することができる。また、バッテリー２００は、充電動作および放電動作を実行するために多数のバッテリーセルを含むことができる。
【００７８】
充電制御部３００は、バッテリー管理システム(BMS：Battery Management System)を含むことができる。充電制御部３００は、バッテリー２００の状態に対するバッテリー状態情報をシステム制御部８０に提供することができる。例えば、充電制御部３００は、バッテリー２００の電圧、電流、温度、残余電力量、充電状態のうち少なくとも一つ以上をモニタリングし、モニタリングされたバッテリー２００の状態情報をシステム制御部８０に伝達することができる。また、充電制御部３００は、充電または放電しながら多数のバッテリーセルが適切な電圧を維持できるようにすることができる。また、充電制御部３００は、システム制御部８０の制御信号に基づいて動作することができる。また、充電制御部３００は、モニタリングされたバッテリー２００の状態情報に応じて直流／直流コンバータ１００を制御することができる。また、充電制御部３００は、充電モードまたは放電モードに応じて直流／直流コンバータ１００を制御することができる。より具体的に、充電制御部３００は、直流／直流コンバータ１００を制御するための充電制御信号または放電制御信号を直流／直流コンバータ１００のコンバータ制御部に提供し、直流／直流コンバータ１００のコンバータ制御部は、充電制御信号または放電制御信号に基づいてＰＷＭ信号を直流／直流コンバータ１００のスイッチに提供することができる。また、充電制御部３００は、バッテリー２００の放電モードにおいて直流リンクキャパシター９０の初期充電のために直流／直流コンバータ１００を制御することができる。即ち、充電制御部３００は、直流／直流コンバータ１００を制御するための初期充電制御信号を直流／直流コンバータ１００のコンバータ制御部に提供し、直流／直流コンバータ１００のコンバータ制御部は、初期充電制御信号に基づいて初期充電スイッチ信号を直流／直流コンバータ１００のスイッチに提供することができる。また、充電制御部３００は、直流／直流コンバータ１００の電力変換効率を増加させるために直流／直流コンバータ１００を制御することができる。より具体的に、充電制御部３００は、直流／直流コンバータ１００の電力変換効率を高めることができる電力変換効率制御信号を直流／直流コンバータ１００のコンバータ制御部に提供し、直流／直流コンバータ１００のコンバータ制御部は、電力変換効率制御信号に基づいてＰＷＭ信号を直流／直流コンバータ１００のスイッチに提供することができる。
【００７９】
直流／直流コンバータ１００は、エネルギー貯蔵システム２０が充電モードにおいて供給を受け、放電モードにおいて供給する直流電力の大きさを変換することができる。より具体的に、直流／直流コンバータ１００は、発電装置１０またはインバータ３０から直流リンクキャパシター９０に提供される直流電力をバッテリー２００の充電のための電圧の大きさに変換してバッテリー２００に提供することができる。また、直流／直流コンバータ１００は、バッテリー２００から提供する直流電力をインバータ３０が利用できる電圧の大きさに変換して直流リンクキャパシター９０に提供することができる。
【００８０】
＜直流リンクキャパシターの初期充電＞
図３は、一実施例に係る初期充電時に直流リンクキャパシターの直流電圧と直流電流を説明するためのグラフである。
【００８１】
一実施例に係るエネルギー貯蔵システム２０は、放電モード動作のための直流リンクキャパシター９０の初期充電のために別途の構成が不必要である。エネルギー貯蔵システム２０は、直流／直流コンバータ１００のスイッチング動作によって、バッテリー２００に貯蔵された電気エネルギーを直流リンクキャパシター９０に提供し、直流リンクキャパシター９０の直流電圧がインバータ３０の動作電圧まで初期充電することができる。より具体的に、直流／直流コンバータ１００は、直流リンクキャパシター９０に直流電流Ｉｄｃを提供することができる。直流リンクキャパシター９０は、直流電流Ｉｄｃが提供されると、電荷が充電されて直流電圧Ｖｄｃが上昇することができる。直流／直流コンバータ１００は、初期充電期間の間、直流電圧Ｖｄｃがインバータ３０が反転動作できる動作電圧まで初期充電することができる。一例として、図３のように、初期充電期間Ｔｉの間、直流／直流コンバータ１００は、スイッチをオンまたはオフして所定レベルＩ１の直流電流Ｉｄｃを複数の期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４に提供することができる。初期充電期間Ｔｉに連続的に直流電流Ｉｄｃを提供する場合、インバータ３０側の電圧と直流／直流コンバータ１００の電圧差が大きいので、回路損傷の問題が発生する可能性がある。よって、直流／直流コンバータ１００は、複数の期間に直流電流Ｉｄｃを直流リンクキャパシター９０に提供することができる。直流電流Ｉｄｃが提供される複数の期間は、全て同じ期間であってもよい。これに制限されるものではなく、直流電圧Ｖｄｃが増加するほどインバータ３０側の電圧と直流／直流コンバータ１００の電圧差が減少するので、直流電流Ｉｄｃの提供期間を漸増させることができる。この場合、初期充電時間を減少させることができる。直流電流Ｉｄｃが提供されるほど直流電圧Ｖｄｃは増加する。直流／直流コンバータ１００は、直流電圧Ｖｄｃが動作電圧Ｖ１に到達すると初期充電を終了し、放電モードのブースティング動作を実施する。直流／直流コンバータ１００がブースティング動作をすると、第２の直流電圧レベルＶ２まで到達することができる。
【００８２】
また、直流／直流コンバータ１００が初期充電する方法は、図１４の直流リンクキャパシターの初期充電方法を含むことができる。
【００８３】
以下、直流／直流コンバータ１００の具体的な実施例によって、直流リンクキャパシター９０の初期充電を説明する。
【００８４】
図４は一実施例に係る直流／直流コンバータの回路図であり、図５および図６は図４の直流／直流コンバータが直流リンクキャパシターを初期充電するための動作を説明する図面である。
【００８５】
図４を参照すると、一実施例に係る直流／直流コンバータ１００は、双方向直流／直流コンバータであり、絶縁型コンバータであってもよい。
【００８６】
一実施例に係る直流／直流コンバータ１００は、制御部１３０を含むことができる。制御部１３０は、充電制御部３００から提供された制御信号に基づいてＰＷＭ信号を生成し、スイッチを有するブリッジ回路部１２０に提供することができる。
【００８７】
一実施例に係る直流／直流コンバータ１００は、過電流保護回路部１１０を含むことができる。過電流保護回路部１１０は、エネルギー貯蔵システム２０の内部に流入または外部に流出するＥＯＳまたは過電流を防止することができる。過電流保護回路部１１０は、直流リンクキャパシター９０が連結された第１端とブリッジ回路部１２０の間に配置される。また、過電流保護回路部１１０は、遮断機(Circuit Breaker)を含むことができる。この場合、過電流保護回路部１１０は、エネルギー貯蔵システム２０の内部にＥＯＳまたは過電流が流入すると、第１端とブリッジ回路部１２０の間をオープン(open)させることができる。これによって、過電流保護回路部１１０は、エネルギー貯蔵システム２０と外部の電流の入出力を遮断することができる。一実施例に係る直流／直流コンバータ１００は、ブリッジ回路部１２０を含むことができる。ブリッジ回路部１２０は、トランスフォーマー(T)、第１フルブリッジ回路１２１、第２フルブリッジ回路１２２を含むことができる。また、ブリッジ回路部１２０は、第１および第２コイルＬＰ、Ｌｓからなったトランスフォーマー(T)を基準として左側に一次回路と右側に二次回路とに区分され、一次回路は、第一次フルブリッジ回路１２１を構成するスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４を含むことができる。そして二次回路は、第２キャパシタＣ２と第２インダクターＬ２から構成された直流安定化回路部１４０、そしてスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８から構成された第２フルブリッジ回路１２２を含むことができる。直流安定化回路部１４０は、バッテリー２００が連結された第２端に連結される。
【００８８】
一次側回路において、前記第１コイルＬｐは、前記第３ノードＮ３と第４ノードＮ４の間に連結される。そして、第１フルブリッジ回路１２１は、第１および第２ノードＮ１、Ｎ２の間の第１レッグ(leg)と第２レッグからなり、前記第１レッグは、第１および第３ノードＮ１、Ｎ３の間に連結された第１スイッチ素子Ｑ１と第３および第２ノードＮ３、Ｎ２の間に連結された第２スイッチ素子Ｑ２からなり、前記第２レッグは、第１および第４ノードＮ１、Ｎ４の間に連結された第３スイッチ素子Ｑ３と第４および第２ノードＮ４、Ｎ２の間に連結された第４スイッチ素子Ｑ４からなる。
【００８９】
二次側回路において、バッテリー２００および第２キャパシタＣ２は、第５および第６ノードＮ５、Ｎ６の間に連結され、第２インダクターＬ２は、第５および第７ノードＮ５、Ｎ７の間に連結され、第２コイルＬｓは、前記第１０および第９ノードＮ１０、Ｎ９間に連結される。そして、第２フルブリッジ回路１２２は、第７および第８ノードＮ７、Ｎ８の間の第３レッグと第４レッグからなり、前記第３レッグは、第７および第９ノードＮ７、Ｎ９の間に連結された第５スイッチ素子Ｑ５と第９および第８ノードＮ９、Ｎ８の間に連結された第６スイッチ素子Ｑ６からなり、前記第４レッグは、第７および第１０ノードＮ７、Ｎ１０の間に連結された第７スイッチ素子Ｑ７と第１０および第８ノードＮ１０、Ｎ８の間に連結された第８スイッチ素子Ｑ８からなる。
【００９０】
一実施例に係る直流／直流コンバータ１００は、双方向コンバータとして、ステップダウンモード(Step down mode)では、第１および第２ノードＮ１、Ｎ２上の直流入力電圧を降下させて第５および第６ノードＮ５、Ｎ６に直流出力電圧が出力され、ステップアップモード(Step up mode)では、第５および第６ノードＮ５、Ｎ６上の直流入力電圧を上昇させて第１および第２ノードＮ１、Ｎ２に直流出力電圧が出力される。
【００９１】
一実施例に係る直流／直流コンバータ１００は、放電モードのための直流リンクキャパシター９０の初期充電のために第１フルブリッジ回路１２１と第２フルブリッジ回路１２２のスイッチング動作をして直流リンクキャパシター９０に直流電流Ｉｄｃを提供することができる。一例として、図５を参照すると、初期充電に提供される複数の直流電流ＩｄｃのうちＮ番目(Ｎは自然数)の直流電流Ｉｄｃは、第２フルブリッジ回路１２２の第７スイッチ素子Ｑ７および第６スイッチ素子Ｑ６がオンされ、第５スイッチ素子Ｑ５および第８スイッチ素子Ｑ８がオフされ、第１フルブリッジ回路１２１の第１スイッチ素子Ｑ１および第４スイッチ素子Ｑ４がオンされ、第２スイッチ素子Ｑ２および第３スイッチ素子Ｑ３がオフされて提供される。図６を参照すると、初期充電に提供される複数の直流電流ＩｄｃのうちＮ＋１番目(Ｎは自然数)の直流電流Ｉｄｃは、第２フルブリッジ回路１２２の第５スイッチ素子Ｑ５および第８スイッチ素子Ｑ８がオンされ、第６スイッチ素子Ｑ６および第８スイッチ素子Ｑ８がオフされ、第１フルブリッジ回路１２１の第３スイッチ素子Ｑ３および第２スイッチ素子Ｑ２がオンされ、第１スイッチ素子Ｑ１および第４スイッチ素子Ｑ４がオフされて提供される。
【００９２】
図７は別の実施例に係る直流／直流コンバータの回路図であり、図８および図９は図７の直流／直流コンバータが直流リンクキャパシターを初期充電するための動作を説明する図面である。
【００９３】
図７を参照すると、別の実施例に係る直流／直流コンバータ１１００は、双方向直流／直流コンバータであり、非絶縁型コンバータであってもよい。
【００９４】
別の実施例に係る直流／直流コンバータ１１００は、制御部１１３０を含むことができる。制御部１１３０は、充電制御部３００から提供された制御信号に基づいてＰＷＭ信号を生成してスイッチを含むトップスイッチ部１１５０またはブリッジ回路部１１２０に提供することができる。
【００９５】
別の実施例に係る直流／直流コンバータ１１００は、過電流保護回路部１１１０を含むことができる。過電流保護回路部１１１０は、エネルギー貯蔵システム２０の内部に流入または外部に流出するＥＯＳまたは過電流を防止することができる。過電流保護回路部１１１０は、直流リンクキャパシター９０が連結されたトップスイッチ部１１５０の間に配置される。また、過電流保護回路部１１１０は、遮断機(Circuit Breaker)を含むことができる。この場合、過電流保護回路部１１１０は、エネルギー貯蔵システム２０の内部にＥＯＳまたは過電流が流入すると、第１端とトップスイッチ部１１５０の間をオープン(open)させることができる。これによって、過電流保護回路部１１１０は、エネルギー貯蔵システム２０と外部の電流の入出力を遮断することができる。
【００９６】
別の実施例に係る直流／直流コンバータ１１００は、トップスイッチ部１１５０を含むことができる。トップスイッチ部１１５０は、過電流保護回路部１１１０とブリッジ回路部１１２０の間に配置される。また、トップスイッチ部１１５０は、第１３スイッチ素子Ｑ１３を含むことができる。
【００９７】
別の実施例に係る直流／直流コンバータ１１００は、ブリッジ回路部１１２０を含むことができる。ブリッジ回路部１１２０は、トップスイッチ部１１５０と直流安定化回路部１１４０の間に配置される。ブリッジ回路部１１２０は、第９スイッチ素子〜第１２スイッチ素子Ｑ９〜Ｑ１２を含むことができる。
【００９８】
別の実施例に係る直流／直流コンバータ１１００は、直流安定化回路部１１４０を含むことができる。前記直流安定化回路部１１４０は、第２‐１インダクターＬ２１、第２‐２インダクターＬ２２および第２キャパシターＣ２を含むことができる。直流安定化回路部１１４０は、バッテリー２００が連結された第２端に連結される。
【００９９】
トップスイッチ部１１５０は、過電流保護回路部１１１０の一側と第１１ノードＮ１１の間に連結される。バッテリー２００および第２キャパシタＣ２は、第１５および第１６ノードＮ１５、Ｎ１６の間に連結され、第２‐１インダクターＬ２‐１は、第１５および第１３ノードＮ１５、Ｎ１３の間に連結され、第２‐２インダクターＬ２‐２は、第１５ノードおよび第１４ノードＮ１５、Ｎ１４の間に連結される。ブリッジ回路部１１２０は、第１１および第１２ノードＮ１１、Ｎ１２の間の第１１レッグ(leg)と第１２レッグからなり、前記第１１レッグは、第１１および第１３ノードＮ１１、Ｎ１３の間に連結された第１１スイッチ素子Ｑ１１と第１３および第１２ノードＮ１３、Ｎ１２の間に連結された第１２スイッチ素子Ｑ１２からなり、前記第１２レッグは、第１１および第１４ノードＮ１１、Ｎ１４の間に連結された第９スイッチ素子Ｑ９と第１４および第１２ノードＮ１４、Ｎ１２の間に連結された第１０スイッチ素子Ｑ１０からなる。
【０１００】
別の実施例に係る直流／直流コンバータ１１００は、双方向コンバータとして、ステップダウンモード(Step down mode)では、直流リンクキャパシター９０上の直流入力電圧を降下させて第１５および第１６ノードＮ１５、Ｎ１６に直流出力電圧が出力され、ステップアップモード(Step up mode)では、第１５および第１６ノードＮ１５、Ｎ１６上の直流入力電圧を上昇させて直流リンクキャパシター９０に直流出力電圧が出力される。
【０１０１】
別の実施例に係る直流／直流コンバータ１１００は、放電モードのための直流リンクキャパシター９０の初期充電のためにトップスイッチ部１１５０とブリッジ回路部１１２０のスイッチング動作をして直流リンクキャパシター９０に直流電流Ｉｄｃを提供することができる。一例として、図８を参照すると、初期充電に提供される複数の直流電流ＩｄｃのうちＮ番目(Ｎは自然数)の直流電流Ｉｄｃは、ブリッジ回路部１１２０の第１１スイッチ素子Ｑ１１がオンされ、第９スイッチ素子Ｑ９、第１０スイッチ素子Ｑ１０および第１２スイッチ素子Ｑ１２がオフされ、トップスイッチ部１１５０の第１３スイッチ素子Ｑ１３がオンされて提供される。図９を参照すると、初期充電に提供される複数の直流電流ＩｄｃのうちＮ＋１番目(Ｎは自然数)の直流電流Ｉｄｃは、ブリッジ回路部１１２０の第９スイッチ素子Ｑ９がオンされ、第１１スイッチ素子Ｑ１１、第１０スイッチ素子Ｑ１０および第１２スイッチ素子Ｑ１２がオフされ、トップスイッチ部１１５０の第１３スイッチ素子Ｑ１３がオンされて提供される。また、初期充電のための直流電流Ｉｄｃが提供されない間、トップスイッチ部１１５０の第１３スイッチ素子Ｑ１３をオフすることができる。
【０１０２】
図１０は、さらに別の実施例に係る直流／直流コンバータの回路図である。
【０１０３】
図１０を参照すると、図１０の直流／直流コンバータは、図７の別の実施例に係る直流／直流コンバータと比較して、トップスイッチ部２１５０を除いて同一である。よって、図７の直流／直流コンバータと同じ構成の説明は省略する。
【０１０４】
さらに別の実施例に係るトップスイッチ部２１５０は、メインスイッチ部２１５１と初期充電スイッチ部２１５２を含むことができる。メインスイッチ部２１５１は、過電流保護回路部２１１０の一端と第１１ノードＮ１１の間に配置された第１３スイッチ素子Ｑ１３を含むことができる。初期充電スイッチ部２１５２は、メインスイッチ部２１５１と並列連結される。初期充電スイッチ部２１５２は、第１４スイッチ素子Ｑ１４と抵抗Ｒを含むことができる。第１４スイッチ素子Ｑ１４は、一側が過電流保護回路部２１１０の一端と連結され、他側が抵抗Ｒの一側に連結される。抵抗Ｒは、一側が第１４スイッチ素子Ｑ１４の他側に連結され、他側が第１１ノードＮ１１に連結される。前記抵抗Ｒは、メインスイッチ部２１５１に流れる電流より低いレベルの電流が初期充電スイッチ部２１５２に流れるようにする。
【０１０５】
さらに別の実施例に係る直流／直流コンバータ２１００は、充電モードであるステップダウンモード動作や放電モードであるステップアップモード動作をする場合、メインスイッチ部２１５１がオン／オフされ、初期充電スイッチ部２１５２はオフ状態を維持することができる。また、直流／直流コンバータ１１００は、放電モードの開始前の初期充電モードにおいてメインスイッチ部２１５１はオフ状態を維持し、初期充電スイッチ部２１５２がオン／オフすることができる。即ち、さらに別の実施例に係る直流／直流コンバータ２１００は、直流リンクキャパシター９０を初期充電する場合、ブリッジ回路部２１２０の動作は、図７の直流／直流コンバータ１１００のブリッジ回路部１１２０の動作と同一であってもよい。
【０１０６】
よって、実施例に係るエネルギー貯蔵システムは、別途の構成なしに放電モード動作の前に直流リンクキャパシターを初期充電することができる。また、実施例に係るエネルギー貯蔵システムは、直流リンクキャパシターに提供される直流電流を漸増させて、初期充電速度が速く、バッテリー放電動作を迅速にすることができる。
【０１０７】
＜コンバータ効率制御＞
図１１は一実施例に係るエネルギー貯蔵システムが直流／直流電力変換時に出力パワー比率に応じた電力変換比率を示したグラフであり、図１２は一実施例に係るエネルギー貯蔵システムの直流／直流コンバータのパルス幅制御方法を説明する図面であり、図１３は一実施例に係るエネルギー貯蔵システムの出力パワーに応じた信号を説明するための図面である。
【０１０８】
図１１を参照すると、一般的に、直流／直流コンバータは、電力変換時に出力パワーが所定の比率Ｐ１以下になると、電力変換効率(点線)が急激に低くなる。例えば、直流／直流コンバータは、最大出力パワーの２５％未満のパワーに電力変換時に電力変換効率が９５％以下に急激に低くなる。
【０１０９】
一実施例に係るエネルギー貯蔵システム２０は、直流／直流コンバータの出力パワーが所定の比率Ｐ１以下になっても電力変換効率(実線)を所定の効率に維持することができる。例えば、直流／直流コンバータは、最大出力パワーの２５％未満のパワーに電力変換時に電力変換効率を９５％に維持させることができる。このために、直流／直流コンバータ１００は、電力変換時に最大出力パワーの所定の比率Ｐ１以下になると、電力変換効率が高い直流電流Ｉｄｃを提供することができる。この場合、出力パワーは、直流／直流コンバータ１００を制御するＰＷＭ信号のパルス幅を制御して調節される。また、最大出力パワーの所定の比率Ｐ１以下で提供される直流電流Ｉｄｃは、強度が増加するほど電流リップルが増加する問題があるので、所定のリップル範囲を満足する電流強度に設定される。より具体的に、図１２を参照すると、直流／直流コンバータ１００は、充電モードまたは放電モード動作時に電力変換に利用されるＰＷＭ信号をコンバータ制御部から提供される。ＰＷＭ信号は、最大出力パワーの所定の比率Ｐ１以上に直流／直流コンバータ１００が出力パワーを出力する時に、一周期Ｔｗの間パルス幅が第１パルス幅Ｗ１に設定される。この場合、出力パワーの強度は、直流電流Ｉｄｃの強度を調節して調節される。また、ＰＷＭ信号は、最大出力パワーの所定の比率Ｐ１未満に直流／直流コンバータ１００が出力パワーを出力する時に、一周期Ｔｗの間パルス幅が第２パルス幅Ｗ２に調節される。この場合、出力パワーの強度は、電力変換効率が所定の効率以上の直流電流Ｉｄｃの強度を維持し、ＰＷＭ信号のパルス幅を調節して調節される。一例として、図１３を参照すると、(ａ)は直流／直流コンバータ１００が３００Ｗの出力パワーを出力する場合で、(ｂ)は直流／直流コンバータ１００が９００Ｗの出力パワーを出力する場合である。(ａ)と(ｂ)の直流／直流コンバータ１００は、電力変換効率が所定の効率以上の直流電流Ｉｄｃの強度で維持され、ＰＷＭ信号のパルス幅に差がある。即ち、直流／直流コンバータ１００のＰＷＭ信号は、９００Ｗのパワーを出力するためのパルス幅が３００Ｗのパワーを出力するためのパルス幅より大きい。
【０１１０】
また、直流／直流コンバータ１００が電力変換効率を制御する方法は、図１５〜図１７のコンバータ効率制御方法を含むことができる。
【０１１１】
よって、一実施例に係るエネルギー貯蔵システムは、直流／直流コンバータの電力変換効率が優れる。また、一実施例に係るエネルギー貯蔵システムは、直流／直流コンバータの電力変換効率が優れるので、バッテリーの充電または放電時に伝達されるエネルギー効率が向上する。
【０１１２】
図１４は、一実施例に係る電力供給システムの直流リンクキャパシターの初期充電方法を説明するための図面である。
【０１１３】
図１４を参照すると、電力供給システムは、エネルギー貯蔵システムのバッテリー放電モードを開始するステップ(Ｓ１４１０)を含むことができる。即ち、システム制御部は、エネルギー貯蔵システムに放電モード動作を知らせる命令信号を伝達することができる。
【０１１４】
電力供給システムは、直流電圧が動作電圧以上であるのかを判断するステップ(Ｓ１４２０)を含むことができる。より具体的に、エネルギー貯蔵システムの充電制御部は、直流リンクキャパシターの直流電圧がインバータの反転動作を実行することができる動作電圧以上であるのかを判断することができる。
【０１１５】
電力供給システムは、直流電圧が動作電圧以上であるとバッテリーの放電動作を実行するステップ(Ｓ１４３０)を含むことができる。より具体的に、直流／直流コンバータは、ブースティング動作をしてバッテリーから提供された直流入力電圧を上昇させ、直流リンクキャパシターに直流電圧を提供することができる。
【０１１６】
電力供給システムは、直流電圧が動作電圧未満である場合、初期充電モードを開始するステップ(Ｓ１４４０)を含むことができる。
【０１１７】
電力供給システムは、初期充電モードを開始すると、初期充電電流を直流リンクキャパシターに提供するステップ(Ｓ１４５０)を含むことができる。即ち、エネルギー貯蔵システムの直流／直流コンバータは、バッテリーの電気エネルギーを利用して直流リンクキャパシターに直流電流を提供することができる。この場合、図３〜図１０の直流／直流コンバータが直流リンクキャパシターを初期充電する方式を利用することができる。
【０１１８】
初期充電電流が提供されながら電力供給システムは、直流電圧が動作電圧以上であるのかを判断するステップ(Ｓ１４６０)を含むことができる。この場合、直流電圧が動作電圧以上であると、直流／直流コンバータは、初期充電モードを終了し、バッテリーの放電動作をすることができる(Ｓ１４３０)。
【０１１９】
初期充電電流が提供されながら電力供給システムは、直流電圧が動作電圧未満あれば、直流電流が基準電流以上であるのかを判断するステップ(Ｓ１４７０)を含むことができる。基準電流は、予め設定された電流であってもよい。基準電流は、直流リンクキャパシターに充電に十分な電流強度である。また、基準電流は、インバータ側とバッテリー側の電圧差が大きいので、所定の強度以上であると突入電流による回路損傷が発生することがあるので、所定の強度以下に設定される。電力供給システムは、直流電流が基準電流以上であると初期充電電流提供を中断することができる(Ｓ１４８０)。この場合、直流／直流コンバータのスイッチがオフされて直流リンクキャパシターに直流電流が提供されない。反面、電力供給システムは、直流電流が基準電流未満である場合、初期充電電流を継続して提供することができる。
【０１２０】
初期充電電流の提供を中断した後、電力供給システムは、直流電流が設定電流以下になるのかを判断するステップ(Ｓ１４９０)を含むことができる。設定電流は、予め設定された電流であってもよい。設定電流は、基準電流より小さくてもよい。一例として、設定電流は０Ａであってもよい。電力供給システムは、直流電流が設定電流以下ではない場合、初期充電電流の提供を継続して中断することができる。反面、電力供給システムは、直流電流が設定電流以下になると初期充電電流を提供することができる。即ち、電力供給システムは、直流リンクキャパシターに提供される直流電流の大きさに応じて初期充電するようにして、直流リンクキャパシターの初期充電を安定的にすることができる。
【０１２１】
図１５は一実施例に係るエネルギー貯蔵システムの電力供給方法を説明するための図面であり、図１７は一実施例に係るエネルギー貯蔵システムの直流／直流コンバータの電力変換効率制御方法を説明するための図面であり、図１６は一実施例に係る電力供給システムのエネルギー貯蔵システムに適用されたコンバータ効率制御部の構成を説明するための図面である。
【０１２２】
図１５を参照すると、一実施例に係る電力供給方法は、エネルギー貯蔵システムが充電モードまたは放電モードで動作するステップ(Ｓ１５１０)を含むことができる。
【０１２３】
電力供給方法は、コンバータ効率制御領域であるのかを判断するステップ(Ｓ１５２０)を含むことができる。即ち、エネルギー貯蔵システムは、直流／直流コンバータの電力変換効率を制御する必要があるのかを判断することができる。この場合、エネルギー貯蔵システムは、出力パワーが基準パワー未満であるのかを判断することができる(Ｓ１５３０)。出力パワーは、直流／直流コンバータが現在出力するパワーである。基準パワーは、直流／直流コンバータの電力変換効率が所定の効率となる出力パワーである。基準パワーは、予め設定される。例えば、基準パワーは、直流／直流コンバータの最大出力パワーにおいて所定の比率となるパワーである。一例として、基準パワーは、直流／直流コンバータの最大出力パワーの２５％のパワーである。
【０１２４】
出力パワーが基準パワー未満ではない場合、コンバータ効率制御なしに充電動作または放電動作を実行することができる(Ｓ１５５０)。
【０１２５】
出力パワーが基準パワー未満になると、エネルギー貯蔵システムは、コンバータ効率制御をするステップ(Ｓ１５４０)を含むことができる。
【０１２６】
より具体的に、図１７を参照すると、コンバータ効率制御は、出力パワーに基づいてパルス幅を算出するステップ(Ｓ１５４１)を含むことができる。より具体的に、パルス幅の算出は式１を利用することができる。
【０１２７】
(式１)
例えば、最大出力パワーが５ｋＷである直流／直流コンバータの出力パワーの２５％領域までコンバータ効率制御し、ＰＷＭ信号の反復周期を２ｍｓにして１ｋＷのパルス幅を算出することができる。この場合、１ｋＷのパルス幅は、１ｋＷ／(５ｋＷ＊２５％)＊２ｍｓである１.６ｍｓである。
【０１２８】
また、コンバータ効率制御は、平均パワー値を決定することができる(Ｓ１５４２)。平均パワー値は、充電制御部がＰＷＭ信号の反復周期を所定の回数の間出力パワー値を測定して算出することができる。以後、コンバータ効率制御は、出力パワーと平均パワー値の比較値を算出することができる(Ｓ１５４３)。即ち、比較値は、出力パワーから平均パワー値を引いた値である。一例として、図１６を参照すると、エネルギー貯蔵システム２０は、コンバータ効率制御部５００を含むことができる。コンバータ効率制御部５００は、充電制御部３００に含まれてもよいが、これに制限されるものではない。コンバータ効率制御部５００は、出力パワーＰｄｃと平均パワー値Ｐａｖｇを比較してパワー差の値Ｐｄを算出することができる。以後、コンバータ効率制御は、比較値に基づいてパワー補償値を算出することができる(Ｓ１５４４)。一例として、コンバータ効率制御部５００は、補償部５１０を含むことができる。補償部５１０は、ＰＩ制御器であってもよい。補償部５１０は、入力されたパワー差の値Ｐｄをパワー補償値Ｐｃとして提供することができる。以後、コンバータ効率制御は、基準パワーにパワー補償値を補償して補償された出力パワーを提供することができる(Ｓ１５４５)。一例として、コンバータ効率制御部５００は、基準パワーＰｒｅｆにパワー補償値Ｐｃを加算して補償された出力パワーＰｄｃ＊を提供することができる。この場合、Ｓ１５４１におけるパルス幅の算出は、補償された出力パワーに基づいて算出することができる。
【０１２９】
図１８は、別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムを説明するための図面である。
【０１３０】
図１８を参照すると、別の実施例に係るエネルギー貯蔵システム２０は、直流／直流コンバータ１８００、バッテリー２００、充電制御部３００を含むことができる。図１には図示されていないが、エネルギー貯蔵システム２０は、直流リンクキャパシター９０を介してインバータ３０と連結される。即ち、直流リンクキャパシター９０は、エネルギー貯蔵システム２０とインバータ３０の間に配置される。これによって、エネルギー貯蔵システム２０は、充電モードにおいて直流リンクキャパシター９０の直流電圧Ｖｄｃを受け、放電モードにおいて直流リンクキャパシター９０に直流電圧Ｖｄｃを提供することができる。また、後述される別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムの直流／直流コンバータに含まれた構成は、図２〜図１７の一実施例に係るエネルギー貯蔵システムの直流／直流コンバータの構成に含まれてもよい。バッテリー２００は、充電モードにおいて直流／直流コンバータ１８００から充電電力を受信し、受信した電力によって充電動作を実行することができる。また、バッテリー２００は、放電モードにおいて予め貯蔵された電力を直流／直流コンバータ１８００に出力することができる。また、バッテリー２００は、充電動作および放電動作を実行するために多数のバッテリーセルを含むことができる。また、バッテリー２００は第２端Ｎｂに連結される。
【０１３１】
充電制御部３００は、バッテリー管理システム(BMS：Battery Management System)を含むことができる。充電制御部３００は、バッテリー２００の状態に対するバッテリー状態情報をシステム制御部８０に提供することができる。例えば、充電制御部３００は、バッテリー２００の電圧、電流、温度、残余電力量、充電状態のうち少なくとも一つ以上をモニタリングし、モニタリングされたバッテリー２００の状態情報をシステム制御部８０に伝達することができる。また、充電制御部３００は、充電または放電しながら多数のバッテリーセルが適切な電圧を維持できるようにすることができる。また、充電制御部３００は、システム制御部８０の制御信号に基づいて動作することができる。また、充電制御部３００は、モニタリングされたバッテリー２００の状態情報に応じて直流／直流コンバータ１８００を制御することができる。また、充電制御部３００は、充電モードまたは放電モードに応じて直流／直流コンバータ１８００を制御することができる。より具体的に、充電制御部３００は、直流／直流コンバータ１８００を制御するための充電制御信号または放電制御信号を直流／直流コンバータ１８００の制御部１８３０に提供し、直流／直流コンバータ１８００の制御部１８３０は、充電制御信号または放電制御信号に基づいてＰＷＭ信号を直流／直流コンバータ１８００のスイッチに提供することができる。また、充電制御部３００は補助電源部１８５０から提供する第２駆動電源ＶＣＣ２に基づいて駆動することができる。
【０１３２】
直流／直流コンバータ１８００は、エネルギー貯蔵システム２０が充電モードにおいて供給を受け、放電モードにおいて供給する直流電力の大きさを変換することができる。即ち、直流／直流コンバータ１８００は、双方向直流／直流コンバータであってもよい。より具体的に、直流／直流コンバータ２３００は、発電装置１０またはインバータ３０から直流リンクキャパシター９０に提供される直流電力をバッテリー２００の充電のための電圧の大きさに変換してバッテリー２００に提供することができる。また、直流／直流コンバータ１８００は、バッテリー２００から提供する直流電力をインバータ３０が利用できる電圧の大きさに変換して直流リンクキャパシター９０に提供することができる。
【０１３３】
直流／直流コンバータ１８００は、過電流保護回路部１８１０、ブリッジ回路部１８２０、制御部１８３０、直流安定化回路部１８４０、補助電源部１８５０、バックアップ電源部１８６０を含むことができる。
【０１３４】
制御部１８３０は、充電制御部３００から提供された制御信号に基づいてＰＷＭ信号を生成し、スイッチを有するブリッジ回路部１８２０に提供することができる。また、制御部１８３０は補助電源部１８５０から提供する第１駆動電源ＶＣＣ１に基づいて駆動することができる。
【０１３５】
過電流保護回路部１８１０は、エネルギー貯蔵システム２０の内部に流入または外部に流出するＥＯＳまたは過電流を防止することができる。過電流保護回路部１８１０は、直流リンクキャパシター９０が連結された第１端Ｎａとブリッジ回路部１８２０の間に配置される。また、過電流保護回路部１８１０は、遮断機(Circuit Breaker)を含むことができる。この場合、過電流保護回路部１８１０は、エネルギー貯蔵システム２０の内部にＥＯＳまたは過電流が流入すると、第１端Ｎａとブリッジ回路部１８２０の間をオープン(open)させることができる。これによって、過電流保護回路部１８１０は、エネルギー貯蔵システム２０と外部の電流の入出力を遮断することができる。
【０１３６】
ブリッジ回路部１８２０は、過電流保護回路部１８１０と直流安定化回路部１８４０の間に配置されて各構成と電気的に連結される。ブリッジ回路部１８２０は、ステップダウンモードにおいて、過電流保護回路部１８１０から入力された直流電力の直流電圧を降下させて直流安定化回路部１８４０に出力することができる。また、ブリッジ回路部１８２０は、ステップアップモードにおいて、直流安定化回路部１８４０から入力された直流電力の直流電圧を上昇させて過電流保護回路部１８１０に出力することができる。ブリッジ回路部１８２０は、一つ以上のスイッチを含むことができる。一例として、ブリッジ回路部１８２０は、図４の絶縁型フルブリッジ回路であってもよい。別の例として、ブリッジ回路部１８２０は、図７の非絶縁型フルブリッジ回路であってもよい。これに制限されるものではなく、ブリッジ回路部１８２０は、ハーフブリッジ回路として構成されてもよい。ブリッジ回路部１８２０は、制御部１８３０のＰＷＭ信号に基づいて動作することができる。
【０１３７】
直流安定化回路部１８４０は、ブリッジ回路部１８２０のステップアップモードにおいて直流電圧が上昇し、ステップダウンモードにおいて直流電圧が降下するように動作することができる。また、直流安定化回路部１８４０は、ＬＣフィルターであってもよい。直流安定化回路部１８４０は、第２端Ｎｂに連結される。
【０１３８】
補助電源部１８５０は、第２端Ｎｂに提供された第１電力Ｐ１に基づいて駆動電源を生成することができる。第２端Ｎｂに提供される第１電力Ｐ１は、バッテリー２００に貯蔵されたエネルギーに基づく。第１電力Ｐ１は待機電力であってもよい。また、補助電源部１８５０は、第２端Ｎｂから第１電力Ｐ１が提供されない場合、バックアップ電源部１８６０から第２電力Ｐ２を提供受けて、第２電力Ｐ２に基づいて駆動電源を生成することができる。一例として、第２端Ｎｂから補助電源部１８５０に第１電力Ｐ１が提供されていない場合は、第２端Ｎｂに連結されたバッテリー２００が過放電の場合である可能性がある。第２電力Ｐ２は駆動電源を生成するための最小電力であってもよい。駆動電源は複数であってもよい。駆動電源は、エネルギー貯蔵システム２０の充電制御部３００に提供される第１駆動電源ＶＣＣ１、直流／直流コンバータ１８００の制御部１８３０に提供される第２駆動電源ＶＣＣ２を含むことができる。これに制限されるものではなく、補助電源部１８６０は、必要に応じて電圧レベルが異なる駆動電源を複数個出力することができる。より具体的に、補助電源部１８５０は、入力端に配置された第３端Ｎｃに第２端Ｎｂとバックアップ電源部１８６０の出力部が連結される。補助電源部１８５０は、第１電力Ｐ１が第２端Ｎｂに提供されると、第１電力Ｐ１が第３端Ｎｃに入力されて入力端に入力される。また、補助電源部１８５０は、第１電力Ｐ１が第２端Ｎｂに提供されず第２電力Ｐ２が第２端Ｎｂに提供されると、第２電力Ｐ１が第３端Ｎｃに入力されて入力端に入力される。よって、直流／直流コンバータは、バッテリーが過放電されても駆動電源を生成できるので、バッテリーの充電動作を実行することができる。また、直流／直流コンバータは、バッテリーが過放電されてもバッテリーの交替なしに充電が可能である。
【０１３９】
バックアップ電源部１８６０は、直流リンクキャパシター９０またはインバータ３０から提供される電力に基づいて第２電力Ｐ２を提供することができる。より具体的に、バックアップ電源部１８６０は、第１端Ｎａと補助電源部１８５０の間に電気的に連結される。バックアップ電源部１８６０は、第１端Ｎａから提供される第３電力Ｐ３に基づいて第２電力Ｐ２を生成することができる。また、バックアップ電源部１８６０は、第２端Ｎｂから補助電源部１８５０に第１電力Ｐ１が提供されない場合、補助電源部１８５０に第２電力Ｐ２を提供することができる。一例として、バックアップ電源部１８６０は、一端が第１端Ｎａに連結され、他端が第３端Ｎｃに連結される。バックアップ電源部１８６０は、第３端Ｎｃに第２電力Ｐ２を提供し、第３端Ｎｃから補助電源部１８５０に第２電力Ｐ２を提供することができる。
【０１４０】
よって、別の実施例は、バッテリーが過放電されてもバッテリーを充電することができる。また、別の実施例は、バッテリーが過放電されてもバッテリーを交替する必要がない。
【０１４１】
図１９は、さらに別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムを説明するための図面である。
【０１４２】
図１９を参照すると、図１９のさらに別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムは、図１８のエネルギー貯蔵システムにおいて、電流制限部１８７０を除いて残りの構成は同一である。よって、図１８のエネルギー貯蔵システムと同じ説明は省略する。
【０１４３】
さらに別の実施例に係るエネルギー貯蔵システム２０は、電流制限部１８７０を有する直流／直流コンバータ１８００を含むことができる。
【０１４４】
電流制限部１８７０は、補助電源部１８５０の入力部に配置される。一例として、電流制限部１８７０は、第３端Ｎｃに配置される。電流制限部１８７０は、補助電源部１８５０に入力される電力が逆方向に提供されないように防止することができる。また、電流制限部８１７０は、提供される電力が提供されるべきではない構成に提供されないようにすることができる。より具体的に、電流制限部１８７０は、第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２を含むことができる。第１ダイオードＤ１は、第２端Ｎｂから提供される第１電力Ｐ１が第３端Ｎｃに提供されるようにする。また、第１ダイオードＤ１は、第２電力Ｐ２が第２端Ｎｂに提供されないように防止することができる。第２ダイオードＤ２は、バックアップ電源部１８６０が提供する第２電力Ｐ２が第３端Ｎｃに提供されるようにする。また、第２ダイオードＤ２は、第１電力Ｐ１がバックアップ電源部１８６０に提供されないように防止することができる。
【０１４５】
よって、別の実施例に係る直流／直流コンバータは、電流制限部を利用して補助電源部が安定的に駆動電源を生成できるようにし、所望しないバッテリーの充電を防止することができる。
【０１４６】
図２０は、さらに別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムを説明するための図面である。
【０１４７】
図２０を参照すると、図２０のさらに別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムは、図１８のエネルギー貯蔵システムにおいて、直流／直流コンバータを除いて残りの構成は同一である。よって、図１８のエネルギー貯蔵システムと同じ説明は省略する。
【０１４８】
直流／直流コンバータ２０００は、過電流保護回路部２０１０、ブリッジ回路部２０２０、制御部２０３０、直流安定化回路部２０４０、補助電源部２０５０、バックアップ電源部２０６０を含むことができる。図示されないが、直流／直流コンバータ２０００は、図１９の電流制限部をさらに含むことができる。
【０１４９】
制御部２０３０は、充電制御部３００から提供された制御信号に基づいてＰＷＭ信号を生成し、スイッチを有するブリッジ回路部２０２０に提供することができる。また、制御部２０３０は、補助電源部２０５０から提供する第１駆動電源ＶＣＣ１に基づいて駆動することができる。
【０１５０】
過電流保護回路部２０１０は、エネルギー貯蔵システム２０の内部に流入または外部に流出するＥＯＳまたは過電流を防止することができる。過電流保護回路部２０１０は、直流リンクキャパシター９０が連結された第１端Ｎａとブリッジ回路部２０２０の間に配置される。また、過電流保護回路部２０１０は、遮断機(Circuit Breaker)を含むことができる。この場合、過電流保護回路部２０１０は、エネルギー貯蔵システム２０の内部にＥＯＳまたは過電流が流入すると、第１端Ｎａとブリッジ回路部２０２０の間をオープン(open)させることができる。これによって、過電流保護回路部２０１０は、エネルギー貯蔵システム２０と外部の電流の入出力を遮断することができる。
【０１５１】
ブリッジ回路部２０２０は、過電流保護回路部２０１０と直流安定化回路部２０４０の間に配置されて各構成と電気的に連結される。ブリッジ回路部２０２０は、ステップダウンモードにおいて、過電流保護回路部２０１０から入力された直流電力の直流電圧を降下させて直流安定化回路部２０４０に出力することができる。また、ブリッジ回路部２０２０は、ステップアップモードにおいて、直流安定化回路部２０４０から入力された直流電力の直流電圧を上昇させて過電流保護回路部２０１０に出力することができる。ブリッジ回路部２０２０は、一つ以上のスイッチを含むことができる。一例として、ブリッジ回路部２０２０は、図４の絶縁型フルブリッジ回路であってもよい。別の例として、ブリッジ回路部２０２０は、図７の非絶縁型フルブリッジ回路であってもよい。これに制限されるものではなく、ブリッジ回路部２０２０は、ハーフブリッジ回路として構成されてもよい。ブリッジ回路部２０２０は、制御部２０３０のＰＷＭ信号に基づいて動作することができる。
【０１５２】
直流安定化回路部２０４０は、ブリッジ回路部２０２０のステップアップモードにおいて直流電圧が上昇し、ステップダウンモードにおいて直流電圧が降下するように動作することができる。また、直流安定化回路部２０４０は、ＬＣフィルターであってもよい。直流安定化回路部２０４０は、第２端Ｎｂに連結される。
【０１５３】
補助電源部２０５０は、第２端Ｎｂに提供された第１電力Ｐ１に基づいて駆動電源を生成することができる。第２端Ｎｂに提供される第１電力Ｐ１は、バッテリー２００に貯蔵されたエネルギーに基づく。第１電力Ｐ１は待機電力であってもよい。また、補助電源部２０５０は、第２端Ｎｂから第１電力Ｐ１が提供されない場合、バックアップ電源部２０６０から第２電力Ｐ２を提供受けて、第２電力Ｐ２に基づいて駆動電源を生成することができる。一例として、第２端Ｎｂから補助電源部２０５０に第１電力Ｐ１が提供されていない場合は、第２端Ｎｂに連結されたバッテリー２００が過放電の場合である可能性がある。第２電力Ｐ２は駆動電源を生成するための最小電力であってもよい。駆動電源は複数であってもよい。駆動電源は、エネルギー貯蔵システム２０の充電制御部３００に提供される第１駆動電源ＶＣＣ１、直流／直流コンバータ２０００の制御部２０３０に提供される第２駆動電源ＶＣＣ２を含むことができる。これに制限されるものではなく、補助電源部２０６０は、必要に応じて電圧レベルが異なる駆動電源を複数個出力することができる。より具体的に、補助電源部２０５０は、入力端に配置された第３端Ｎｃに第２端Ｎｂとバックアップ電源部２０６０の出力部が連結される。補助電源部２０５０は、第１電力Ｐ１が第２端Ｎｂに提供されると、第１電力Ｐ１が第３端Ｎｃに入力されて入力部に入力される。また、補助電源部２０５０は、第１電力Ｐ１が第２端Ｎｂに提供されず第２電力Ｐ２が第２端Ｎｂに提供されると、第２電力Ｐ１が第３端Ｎｃに入力されて入力部に入力される。よって、直流／直流コンバータは、バッテリーが過放電されても駆動電源を生成できるので、バッテリーの充電動作を実行することができる。また、直流／直流コンバータは、バッテリーが過放電されてもバッテリーの交替なしに充電が可能である。
【０１５４】
バックアップ電源部２０６０は、直流／直流コンバータ２０００外部に配置された外部電源から提供される電力に基づいて第２電力Ｐ２を提供することができる。より具体的に、バックアップ電源部１８６０は、外部入力端子(InputE)と補助電源部２０５０の間に電気的に連結される。バックアップ電源部２０６０は、外部入力端子(InputE)から提供される第４電力Ｐ４に基づいて第２電力Ｐ２を生成することができる。また、バックアップ電源部２０６０は、第２端Ｎｂから補助電源部１８５０に第１電力Ｐ１が提供されない場合、補助電源部２０５０に第２電力Ｐ２を提供することができる。一例として、バックアップ電源部２０６０は、一端が外部入力端子(InputE)に連結され、他端が第３端Ｎｃに連結される。バックアップ電源部２０６０は、第３端Ｎｃに第２電力Ｐ２を提供し、第３端Ｎｃから補助電源部２０５０に第２電力Ｐ２を提供することができる。
【０１５５】
よって、さらに別の実施例は、バッテリーが過放電されてもバッテリーを充電することができる。また、さらに別の実施例は、バッテリーが過放電されてもバッテリーを交替する必要がない。
【０１５６】
図２１は、さらに別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムを説明するための図面である。
【０１５７】
図２１を参照すると、図２１のさらに別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムは、図１８および図２０のエネルギー貯蔵システムにおいて、バックアップ電源部およびバックアップ電源制御部を除いて残りの構成は同一である。よって、図１８および図２０のエネルギー貯蔵システムと同じ説明は省略する。
【０１５８】
バックアップ電源部２０６０は、バックアップ電源制御部２０７０から提供される電力に基づいて第２電力Ｐ２を提供することができる。より具体的に、バックアップ電源部１８６０は、バックアップ電源制御部２０７０と補助電源部２０５０の間に電気的に連結される。バックアップ電源部２０６０は、バックアップ電源制御部２０７０から提供される第５電力Ｐ５に基づいて第２電力Ｐ２を生成することができる。また、バックアップ電源部２０６０は、第２端Ｎｂから補助電源部１８５０に第１電力Ｐ１が提供されない場合、補助電源部２０５０に第２電力Ｐ２を提供することができる。一例として、バックアップ電源部２０６０は、一端がバックアップ電源制御部２０７０に連結され、他端が第３端Ｎｃに連結される。バックアップ電源部２０６０は、第３端Ｎｃに第２電力Ｐ２を提供し、第３端Ｎｃから補助電源部２０５０に第２電力Ｐ２を提供することができる。
【０１５９】
さらに別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムの直流／直流コンバータは、バックアップ電源制御部２０７０を含むことができる。バックアップ電源制御部２０７０は、制御部２０３０の制御信号に基づいて外部電源から提供される電力および第１端Ｎａから提供される電力のうちいずれか一つの電力を選択してバックアップ電源部２０６０に提供することができる。より具体的に、バックアップ電源制御部２０７０は、外部入力端子(InputE)、第１端Ｎａおよびバックアップ電源部２０６０の間に配置される。バックアップ電源制御部２０７０は、スイッチを含むことができる。一例として、制御部２０３０は、バックアップ電源制御部２０７０を制御して、第１端Ｎａの第３電力Ｐ３を第５電力Ｐ５としてバックアップ電源部２０６０に提供することができる。また、制御部２０３０は、バックアップ電源制御部２０７０を制御して外部入力端子(InputE)の第４電力Ｐ４を第５電力Ｐ５としてバックアップ電源部２０６０に提供することができる。よって、さらに別の実施例は、バッテリーが過放電されてもバッテリーを充電することができる。また、さらに別の実施例は、バッテリーが過放電されてもバッテリーを交替する必要がない。
【０１６０】
図２２は、実施例に係るエネルギー貯蔵システムの直流／直流コンバータでバッテリーを充電するための電力変換方法を説明するための図面である。
【０１６１】
図２２の電力変換方法は、図１８〜図２１の直流／直流コンバータの構成を利用することができる。
【０１６２】
図２２を参照すると、実施例に係る直流／直流コンバータの電力変換方法は、第２端から第１電力が提供されるのかを判断するステップ(Ｓ２２０１)を含むことができる。一例として、バッテリー放電状態において、補助電源部は、第１端から第１電力が提供されるのかを判断することができる。
【０１６３】
実施例に係る直流／直流コンバータの電力変換方法は、補助電源部に第２端から第１電力が提供されると第１電力を提供するステップ(Ｓ２２０２)を含むことができる。即ち、第１端から第１電力が提供されると、補助電源部は、第１電力を入力を受けることができる。
【０１６４】
実施例に係る直流／直流コンバータの電力変換方法は、第１電力が提供されると、補助電源部が第１電力に基づいて制御部の駆動電源を生成するステップ(Ｓ２２０３)を含むことができる。より具体的に、補助電源部は、第１電力に基づいて複数の駆動電源を生成することができる。補助電源部は、生成された駆動電源を必要な構成に提供することができる。一例として、図１８〜図２１の説明のように、補助電源部は、充電制御部駆動のための第１駆動電源、直流／直流コンバータの制御部駆動のための第２駆動電源を生成することができる。
【０１６５】
実施例に係る直流／直流コンバータの電力変換方法は、Ｓ２２０１で第２端から第１電力が提供されないと、バックアップ電源部が補助電源部に第２電力を提供するステップ(Ｓ２２０４)を含むことができる。バックアップ電源部が補助電源部に第２電力を提供する方法は、図１８〜図２１のバックアップ電源部が補助電源部に第２電力を提供する構成と同一である。
【０１６６】
実施例に係る直流／直流コンバータの電力変換方法は、補助電源部が第２電力に基づいて制御部の駆動電源を生成するステップ(Ｓ２２０５)を含むことができる。より具体的に、補助電源部は、第２電力に基づいて複数の駆動電源を生成することができる。補助電源部は、生成された駆動電源を必要な構成に提供することができる。一例として、図１８〜図２１の説明のように、補助電源部は、充電制御部駆動のための第１駆動電源、直流／直流コンバータの制御部駆動のための第２駆動電源を生成することができる。
【０１６７】
よって、さらに別の実施例は、バッテリーが過放電されてもバッテリーを充電することができる。また、さらに別の実施例は、バッテリーが過放電されてもバッテリーを交替する必要がない。
【０１６８】
図２３は、さらに別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムを説明するための図面である。
【０１６９】
図２３を参照すると、さらに別の実施例に係るエネルギー貯蔵システム２０は、直流／直流コンバータ２３００、バッテリー２００、充電制御部３００を含むことができる。図１には図示されていないが、エネルギー貯蔵システム２０は、直流リンクキャパシター９０を介してインバータ３０と連結される。即ち、直流リンクキャパシター９０は、エネルギー貯蔵システム２０とインバータ３０の間に配置される。これによって、エネルギー貯蔵システム２０は、充電モードにおいて直流リンクキャパシター９０の直流電圧Ｖｄｃを受け、放電モードにおいて直流リンクキャパシター９０に直流電圧Ｖｄｃを提供することができる。また、後述されるさらに別の実施例に係るエネルギー貯蔵システムの直流／直流コンバータに含まれた構成は、図２〜図２２の一実施例に係るエネルギー貯蔵システムの直流／直流コンバータの構成に含まれてもよい。バッテリー２００は、充電モードにおいて直流／直流コンバータ２３００から充電電力を受信し、受信した電力によって充電動作を実行することができる。また、バッテリー２００は、放電モードにおいて予め貯蔵された電力を直流／直流コンバータ２３００に出力することができる。また、バッテリー２００は、充電動作および放電動作を実行するために多数のバッテリーセルを含むことができる。また、バッテリー２００は第２端Ｎｂに連結される。
【０１７０】
充電制御部３００は、バッテリー管理システム(BMS：Battery Management System)を含むことができる。充電制御部３００は、バッテリー２００の状態に対するバッテリー状態情報をシステム制御部８０に提供することができる。例えば、充電制御部３００は、バッテリー２００の電圧、電流、温度、残余電力量、充電状態のうち少なくとも一つ以上をモニタリングし、モニタリングされたバッテリー２００の状態情報をシステム制御部８０に伝達することができる。また、充電制御部３００は、充電または放電しながら多数のバッテリーセルが適切な電圧を維持できるようにすることができる。また、充電制御部３００は、システム制御部８０の制御信号に基づいて動作することができる。また、充電制御部３００は、モニタリングされたバッテリー２００の状態情報に応じて直流／直流コンバータ２３００を制御することができる。また、充電制御部３００は、充電モードまたは放電モードに応じて直流／直流コンバータ２３００を制御することができる。より具体的に、充電制御部３００は、直流／直流コンバータ２３００を制御するための充電制御信号または放電制御信号を直流／直流コンバータ２３００の制御部２３３０に提供し、直流／直流コンバータ２３００の制御部２３３０は、充電制御信号または放電制御信号に基づいてＰＷＭ信号を直流／直流コンバータ２３００のスイッチに提供することができる。
【０１７１】
直流／直流コンバータ２３００は、エネルギー貯蔵システム２０が充電モードにおいて供給を受け、放電モードにおいて供給する直流電力の大きさを変換することができる。即ち、直流／直流コンバータ２３００は、双方向直流／直流コンバータであってもよい。より具体的に、直流／直流コンバータ２３００は、発電装置１０またはインバータ３０から直流リンクキャパシター９０に提供される直流電力をバッテリー２００の充電のための電圧の大きさに変換してバッテリー２００に提供することができる。また、直流／直流コンバータ２３００は、バッテリー２００から提供する直流電力をインバータ３０が利用できる電圧の大きさに変換して直流リンクキャパシター９０に提供することができる。また、直流／直流コンバータ２３００は、直流電圧リンクキャパシターから提供される電圧に基づいて、充電モード、待機モード、放電モードで動作することができる。即ち、直流／直流コンバータ２３００は、充電制御部３００の制御信号の提供がなくても、直流電圧リンクキャパシターから提供される電圧をモニタリングして、充電モード、待機モードおよび放電モードを動作するのか否かを決定し、動作することができる。直流／直流コンバータ２３００の充電モード、待機モード、放電モードの動作に対するより具体的な説明は後述する。
【０１７２】
直流／直流コンバータ２３００は、過電流保護回路部２３１０、ブリッジ回路部２３２０、制御部２３３０、直流安定化回路部２３４０、補助電源部２３５０、バックアップ電源部２３６０を含むことができる。
【０１７３】
制御部２３３０は、ブリッジ回路部２３２０を制御することができる。一例として、制御部２３３０は、充電制御部３００から提供された制御信号に基づいてＰＷＭ信号を生成し、スイッチを有するブリッジ回路部２３２０に提供することができる。別の例として、制御部２３３０は、直流リンクキャパシター９０から提供される電圧の大きさに応じて動作モードおよび基準電力を決定することができる。また、制御部２３３０は、決定された基準電力に基づいてＰＷＭ信号を生成してスイッチを有するブリッジ回路部２３２０に提供することができる。別の例に関する具体的な説明は後述する。
【０１７４】
過電流保護回路部２３１０は、エネルギー貯蔵システム２０の内部に流入または外部に流出するＥＯＳまたは過電流を防止することができる。過電流保護回路部２３１０は、直流リンクキャパシター９０が連結された第１端Ｎａとブリッジ回路部２３２０の間に配置される。また、過電流保護回路部２３１０は、遮断機(Circuit Breaker)を含むことができる。この場合、過電流保護回路部２３１０は、エネルギー貯蔵システム２０の内部にＥＯＳまたは過電流が流入すると、第１端Ｎａとブリッジ回路部２３２０の間をオープン(open)させることができる。これによって、過電流保護回路部２３１０は、エネルギー貯蔵システム２０と外部の電流の入出力を遮断することができる。
【０１７５】
ブリッジ回路部２３２０は、過電流保護回路部２３１０と直流安定化回路部２３４０の間に配置されて各構成と電気的に連結される。ブリッジ回路部２３２０は、ステップダウンモードにおいて、過電流保護回路部２３１０から入力された直流電力の直流電圧を降下させて直流安定化回路部２３４０に出力することができる。また、ブリッジ回路部２３２０は、ステップアップモードにおいて、直流安定化回路部２３４０から入力された直流電力の直流電圧を上昇させて過電流保護回路部２３１０に出力することができる。ブリッジ回路部２３２０は、一つ以上のスイッチを含むことができる。一例として、ブリッジ回路部２３２０は、図４の絶縁型フルブリッジ回路であってもよい。別の例として、ブリッジ回路部２３２０は、図７の非絶縁型フルブリッジ回路であってもよい。これに制限されるものではなく、ブリッジ回路部２３２０は、ハーフブリッジ回路として構成されてもよい。ブリッジ回路部２３２０は、制御部２３３０のＰＷＭ信号に基づいて動作することができる。
【０１７６】
直流安定化回路部２３４０は、ブリッジ回路部２３２０のステップアップモードにおいて直流電圧が上昇し、ステップダウンモードにおいて直流電圧が降下するように動作することができる。また、直流安定化回路部２３４０は、ＬＣフィルターであってもよい。直流安定化回路部２３４０は、第２端Ｎｂに連結される。
【０１７７】
センシング部２３５０は、第１端Ｎａの電圧をセンシングして制御部２３３０に提供することができる。第１端Ｎａの電圧は、直流リンクキャパシター９０が提供する直流電圧であってもよい。また、センシング部２３５０は、制御部２３３０によって制御される。
【０１７８】
よって、さらに別の実施例は、バッテリーの充電または放電の動作モードを迅速に決定することができる。また、さらに別の実施例は、バッテリー充電または放電時にドループ制御をするために別途の通信線および通信部が不必要である。また、さらに別の実施例は、バッテリー充電または放電時に迅速なドループ制御が可能である。
【０１７９】
図２４は図２３の制御部を説明するための図面であり、図２５は図２３のエネルギー貯蔵システムのドループ制御カーブを説明するための図面であり、図２６は図２４の基準電流決定部を説明するための図面であり、図２７は図２４の電流制御部を説明するための図面である。
【０１８０】
図２４を参照すると、さらに別の実施例に係る直流／直流コンバータ２３００の制御部２３３０は、基準電力決定部２３３１を含むことができる。基準電力決定部２３３１は、動作モードおよび基準電力を決定することができる。
【０１８１】
一例として、基準電力決定部２３３１は、第１端の電圧の大きさに応じて動作モードおよび基準電力を決定することができる。より具体的に、図２５を参照すると、基準電力決定部２３３１は、第１端の電圧に応じたドループ制御カーブに基づいて動作モードおよび基準電力を決定することができる。動作モードの場合、基準電力決定部２３３１は、第１端の電圧Ｖｄｃが第１電圧Ｖ１以上であると、充電モードに決定することができる。基準電力決定部２３３１は、第１端の電圧Ｖｄｃが第１電圧Ｖ１より小さく第２電圧Ｖ２より大きいと、待機モードに決定することができる。基準電力決定部２３３１は、第１端の電圧Ｖｄｃが第２電圧Ｖ２以下でると放電モードに決定することができる。第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２は、予め設定された電圧であってもよいが、これに制限されるものではなく、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２は、外部通信を利用するか、使用者によって直接設定される。第１電圧Ｖ１は、第２電圧Ｖ２より大きくてもよい。基準電力の場合、基準電力決定部２３３１は、動作モードが充電モードであると、第１端の電圧Ｖｄｃに第１電圧Ｖ１を引いてから充電電力傾き(Sc)を乗じて基準電力を算出することができる。基準電力決定部２３３１は、動作モードが放電モードであると、第２電圧Ｖ２に第１端の電圧Ｖｄｃを引いてから放電電力傾き(Sd)を乗じて基準電力を算出することができる。充電電力傾き(Sc)と放電電力傾き(Sd)は、予め設定された値であってもよいが、これに制限されるものではなく、外部通信を利用するか、使用者によって直接設定される。充電電力傾き(Sc)と放電電力傾き(Sd)は、相互異なってもよいが、これに制限されるものではなく、相互同一であってもよい。また、ドループ制御カーブは、最大電力を含んで基準電力が最大電力に制限される。具体的に、最大電力は、最大充電電力(PCMax)と最大放電電力(PDMax)を含むことができる。最大充電電力(PCMax)は、動作モードが充電モードにおいて基準電力が最大となり得る電力値である。最大放電電力(PDMax)は、動作モードが放電モードにおいて基準電力が最大となり得る電力値である。
【０１８２】
別の例として、基準電力決定部２３３１は、バッテリー電圧状態に応じて動作モードを決定することができる。より具体的に、基準電力決定部２３３１は、バッテリー電圧が所定の電圧以上であると充電モードで動作することができる。
【０１８３】
さらに別の例として、基準電力決定部２３３１は、使用者の制御によって動作モードおよび基準電力を決定することができる。この場合、使用者は、直接または通信を利用して動作モードおよび基準電力を決定することができる。
【０１８４】
また、基準電力決定部２３３１は、一例、別の例およびさらに別の例のうちいずれか一つの例を選択して動作モードおよび基準電力を決定することができる。
【０１８５】
さらに別の実施例に係る直流／直流コンバータ２３００の制御部２３３０は、基準電流決定部２３３２を含むことができる。基準電流決定部２３３２は、基準電力決定部２３３１で決定された動作モードおよび基準電力に基づいて基準電流を決定することができる。より具体的に、図２６を参照すると、充電モード(ａ)の場合、基準電流決定部２３３２は、第１基準電流選択部２６０４を含むことができる。第１基準電流選択部２６０４は、基準電力決定部２３３１で決定された第１端の電圧の大きさに応じてドループカーブを利用して決定された基準電流(I_CCR)、使用者の設定に応じて決定された基準電流(I_MCR)およびバッテリー電圧状態に応じて決定された基準電流(I_BR)のうちいずれか一つの基準電流を、スイッチング信号であるＰＷＭ信号を生成するための基準電流(I_CR)として選択することができる。また、充電モード(ａ)の場合、基準電流決定部２３３２は、第１電流抽出部２６０１を含むことができる。第１電流抽出部２６０１は、基準電力決定部２３３１で決定された第１端の電圧の大きさに応じてドループカーブを利用して決定された基準電力(P_CCR)をバッテリー電圧(V_B)で除して基準電流(I_CCR)を抽出することができる。また、充電モード(ａ)の場合、基準電流決定部２３３２は、第１比較部２６０２とＰＩ電圧制御器２６０３を含むことができる。第１比較部２６０２は、予め設定されたバッテリー基準電圧(V_BR)と現在バッテリー電圧(V_B)を比較して、バッテリー電圧差の値(V_Bd)をＰＩ電圧制御器２６０３に提供することができる。ＰＩ電圧制御器２６０３は、バッテリー電圧差の値(V_Bd)に基づいてＰＩ制御に応じた基準電流(I_BR)を提供することができる。放電モード(ｂ)の場合、基準電流決定部２３３２は、第２基準電流選択部２６０４を含むことができる。第２基準電流選択部２６０４は、基準電力決定部２３３１で決定された第１端の電圧の大きさに応じてドループカーブを利用して決定された基準電流(I_CDR)および使用者の設定に応じて決定された基準電流(I_MDR)のうちいずれか一つの基準電流を、スイッチング信号であるＰＷＭ信号を生成するための基準電流(I_DR)として選択することができる。また、放電モード(ｂ)の場合、基準電流決定部２３３２は、第２電流抽出部２６０５を含むことができる。第２電流抽出部２６０５は、基準電力決定部２３３１で決定された第１端の電圧の大きさに応じてドループカーブを利用して決定された基準電力(P_CDR)を第１端の電圧(V_L)で除して基準電流(I_CDR)を抽出することができる。
【０１８６】
さらに別の実施例に係る直流／直流コンバータ２３００の制御部２３３０は、制限電力決定部２３３３を含むことができる。制限電力決定部２３３３は、基準電力が所定の電力を超えないように基準電力を制限することができる。より具体的に、制限電力決定部２３３３は、決定された基準電力が設定された最大電力より大きいと、最大電力が基準電力として電流制御部２３３４に提供されるようにすることができる。また、制限電力決定部２３３３は、決定された基準電力がインバータ３０に応じたインバータ制限電力より大きいと、インバータ制限電力が基準電力として電流制御部２３３４に提供されるようにすることができる。また、制限電力決定部２３３３は、決定された基準電力がバッテリー２００に応じたバッテリー制限電力より大きいと、バッテリー制限電力が基準電力として電流制御部２３３４に提供されるようにすることができる。
【０１８７】
さらに別の実施例に係る直流／直流コンバータ２３００の制御部２３３０は、電流制御部２３３４を含むことができる。電流制御部２３３４は、決定された基準電流に基づいてスイッチング信号であるＰＷＭ信号を生成することができる。より具体的に、図２７を参照すると、充電モード(ａ)の場合、電流制御部２３３４は、第２比較部２７０１、第１ＰＩ電流制御器２７０２、第１ＰＷＭ変換部２７０３を含むことができる。第２比較部２７０１は、基準電流(I_CR)とバッテリー２００に入力されるバッテリー電流(I_B)を比較して、基準電流差の値(I_CRD)を第１ＰＩ電流制御器２７０２に提供することができる。第１ＰＩ電流制御器２７０２は、基準電流差の値(I_CRD)に基づいて、ＰＩ制御に応じた充電制御電流(I_CC)を第１ＰＷＭ変換部２７０３に提供するすることができる。第１ＰＷＭ変換部２７０３は、充電制御電流(I_CC)に基づいて、スイッチング信号であるＰＷＭ信号をブリッジ回路部２３２０に提供することができる。放電モード(ｂ)の場合、電流制御部２３３４は、第３比較部２７０４、第２ＰＩ電流制御器２７０５、第２ＰＷＭ変換部２７０６を含むことができる。第３比較部２７０４は、基準電流(I_DR)とバッテリー２００に入力される第１端Ｎａの電流(I_L)を比較して、基準電流差の値(I_DRD)を第２ＰＩ電流制御器２７０５に提供することができる。第２ＰＩ電流制御器２７０５は、基準電流差の値(I_DRD)に基づいて、ＰＩ制御に応じた放電制御電流(I_DC)を第２ＰＷＭ変換部２７０６に提供するすることができる。第２ＰＷＭ変換部２７０６は、放電制御電流(I_DC)に基づいて、スイッチング信号であるＰＷＭ信号をブリッジ回路部２３２０に提供することができる。
【０１８８】
図２８は、図２３のエネルギー貯蔵システムの電力変換方法を説明するための図面である。
【０１８９】
図２８を参照すると、エネルギー貯蔵システムの電力変換方法は、第１端の電圧をセンシングするステップ(Ｓ２８１０)を含むことができる。第１端は、直流／直流コンバータと直流リンクキャパシターが連結されたノードを指すことができる。第１端の電圧をセンシングする方法は、図２３の説明を参照することができる。
【０１９０】
エネルギー貯蔵システムの電力変換方法は、第１端の電圧の大きさに応じて動作モードを選択するステップ(Ｓ２８２０)を含むことができる。動作モードは、充電モード待機モード、放電モードのうちいずれか一つのモードである。Ｓ２８２０に対する詳しい説明は図２９を参照する。
【０１９１】
エネルギー貯蔵システムの電力変換方法は、第１端の電圧の大きさに応じて基準電力を決定するステップ(Ｓ２８３０)を含むことができる。第１端の電圧の大きさに応じて基準電力を決定する方法は、図２３〜図２７の説明および図３０の説明を参照することができる。
【０１９２】
エネルギー貯蔵システムの電力変換方法は、決定された基準電力に基づいてスイッチング信号を生成するステップ(Ｓ２８４０)を含むことができる。スイッチング信号は、充電モードまたは放電モードで動作するブリッジ回路部のスイッチ動作を制御することができる。決定された基準電力に基づいてスイッチング信号を生成する方法は、図２３〜図２７の説明を参照することができる。
【０１９３】
図２９は、図２８の動作モードを選択する方法を説明するための図面である。
【０１９４】
図２９を参照すると、動作モードを選択する方法は、第１端の電圧が第１電圧以上であるのかを判断するステップ(Ｓ２８２１)を含むことができる。第１端の電圧が第１電圧以上であると充電モードを選択するステップ(Ｓ２８２２)を含むことができる。
【０１９５】
動作モードを選択する方法は、第１端の電圧が第１電圧ではない場合、第１端の電圧が第２電圧以下であるのかを判断するステップ(Ｓ２８２３)を含むことができる。第２端の電圧が第２電圧以下でると放電モードを選択するステップ(Ｓ２８２４)を含むことができる。また、第２端の電圧が第２電圧以下ではない場合、Ｓ２８２１に戻ることができる。
【０１９６】
図３０は、図２８の基準電力を決定する方法を説明するための図面である。
【０１９７】
図３０を参照すると、基準電力を決定する方法は、第１端の電圧を利用した第１基準電力を算出するステップ(Ｓ２８３１)を含むことができる。第１端の電圧を利用した第１基準電力を算出する方法は、図２３〜図２５の説明を参照することができる。
【０１９８】
基準電力を決定する方法は、第１基準電力が最大電力を超えたのかを判断するステップ(Ｓ２８３２)を含むことができる。第１基準電力が最大電力を超えると、基準電力を最大電力として決定することができる(Ｓ２８３３)。
【０１９９】
基準電力を決定する方法は、第１基準電力が最大電力を超えないと、第１基準電力がインバータ制限電力を超えたのかを判断するステップ(Ｓ２８３４)を含むことができる。第１基準電力がインバータ制限電力を超えると、基準電力をインバータ制限電力として決定することができる(Ｓ２８３５)。
【０２００】
基準電力を決定する方法は、第１基準電力がインバータ制限電力を超えないと、第１基準電力がバッテリー制限電力を超えたのかを判断するステップ(Ｓ２８３６)を含むことができる。第１基準電力がバッテリー制限電力を超えると、基準電力をバッテリー制限電力として決定することができる(Ｓ２８３７)。
【０２０１】
基準電力を決定する方法は、第１基準電力がバッテリー制限電力を超えないと、基準電力を第１基準電力として決定するステップ(Ｓ２８３８)を含むことができる。
【０２０２】
よって、実施例は、バッテリーの充電または放電の動作モードを迅速に決定することができる。また、実施例は、バッテリー充電または放電時にドループ制御をするために別途の通信線および通信部が不必要である。また、実施例は、バッテリー充電または放電時に迅速なドループ制御が可能である。本発明の一実施例によれば、前述した方法は、プログラムが記録された媒体にプロセッサが読取ることのできるコードとして具現することが可能である。プロセッサが読取ることのできる媒体の例としては、ROM、RAM、CD‐ROM、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ格納システムなどがあり、搬送波(例えば、インターネットを通じた伝送)の形態で具現されるものも含む。
【０２０３】
上記のように記載された実施例は、説明された構成と方法が限定的に適用されるものではなく、実施例は、多様な変形が可能なように、各実施例の全部または一部が選択的に組合せられて構成されてもよい。
【０２０４】
また、本発明の好ましい実施例に対して図面を参照して説明したが、本発明は、上述した特定の実施例に限定されるものではなく、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者によって多様な変形実施が可能であり、そのような変形実施も本発明に含まれるものと解釈されるべきである。
【図１】
2021509002.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年6月23日(2020.6.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流リンクキャパシターと電気的に連結されるブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路と電気的に連結されるインダクターおよびキャパシターと、
前記ブリッジ回路と前記直流リンクキャパシターの間の電圧をセンシングするセンサー部と、
前記センシングされた電圧に応じて前記ブリッジ回路を制御する制御部と、
を含み、
前記インダクターは、バッテリーの一端と連結され、
前記キャパシターは、前記バッテリーの一端および他端と連結され、
前記バッテリーの一端の電力は、前記センシングされた電圧に応じてドループカーブ形態の電力値に制御される、ＤＣ‐ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記制御部は、前記センシングされた電圧が第１電圧以上である場合、前記バッテリーに第１電力が供給されるように前記ブリッジ回路を制御する、請求項１に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記第１電力は、前記センシングされた電圧と前記第１電圧の差である第１デルタ電圧と予め設定された充電電力傾き定数の積に対応する、請求項２に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記制御部は、前記センシングされた電圧が第２電圧以下である場合、前記バッテリーから第２電力が放電されるように前記ブリッジ回路を制御し、
前記第２電圧は、前記第１電圧より小さい、請求項２に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記第２電力は、前記センシングされた電圧と前記第２電圧の差である第２デルタ電圧と予め設定された放電傾き定数の積に対応する、請求項４に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータ。
【請求項６】
前記制御部は、前記センシングされた電圧が前記第１電圧および前記第２電圧の間の電圧である場合、前記バッテリーの一端の電力が０となるように前記ブリッジ回路を制御する、請求項４に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータ。
【請求項７】
前記制御部は、前記センシングされた電圧が第３電圧より大きい場合、前記第１電力が前記第３電圧と予め設定された充電電力傾き定数の積に対応するように前記ブリッジ回路を制御し、
前記第３電圧は、前記第１電圧より大きい、請求項６に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータ。
【請求項８】
前記制御部は、前記センシングされた電圧が第４電圧より小さい場合、前記第２電力が前記第４電圧と予め設定された充電電力傾き定数の積に対応するように前記ブリッジ回路を制御し、
前記第４電圧は、前記第２電圧より小さい、請求項６に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータ。
【請求項９】
第１ブリッジ回路と、
第２ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路と前記第２ブリッジ回路の間に連結されるトランスフォーマーと、
前記第２ブリッジ回路と連結されるＬＣ回路と、
前記第１ブリッジ回路の一端の電圧をセンシングするセンサー部と、
前記センシングされた電圧に応じて前記第２ブリッジ回路を制御する制御部と、
を含み、
前記ＬＣ回路は、バッテリーと連結され、
前記バッテリーの充電電力および放電電力は、前記センシングされた電圧に応じてドループカーブ形態の電力値に制御される、ＤＣ‐ＤＣコンバータ。
【請求項１０】
前記制御部は、前記センシングされた電圧が第１電圧以上である場合、前記バッテリーに第１電力に対応する充電電力が供給されるように前記第２ブリッジ回路を制御する、請求項９に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータ。
【請求項１１】
前記第１電力は、前記センシングされた電圧と前記第１電圧の差である第１デルタ電圧と予め設定された充電電力傾き定数の積に対応する、請求項１０に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータ。
【請求項１２】
前記制御部は、前記センシングされた電圧が第２電圧以下である場合、前記バッテリーから第２電力が放電されるように前記第２ブリッジ回路を制御し、
前記第２電圧は、前記第１電圧より小さい、請求項１０に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータ。
【請求項１３】
前記第２電力は、前記センシングされた電圧と前記第２電圧の差である第２デルタ電圧と予め設定された放電傾き定数の積に対応する、請求項１２に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータ。
【請求項１４】
前記制御部は、前記センシングされた電圧が前記第１電圧および前記第２電圧の間の電圧である場合、前記バッテリーの一端の電力が０となるように前記第２ブリッジ回路を制御する、請求項１２に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータ。
【請求項１５】
直流リンクキャパシタ、バッテリーおよび前記直流リンクキャパシタと前記バッテリーの間に配置されるブリッジ回路を含むＤＣ‐ＤＣコンバータの前記バッテリーの充／放電制御方法において、
前記直流リンクキャパシタと前記ブリッジ回路の間の電圧をセンシングするステップと、
前記センシングされた電圧に基づいて前記ブリッジ回路を制御するステップと、を含み、
前記バッテリーの充／放電電力は、前記センシングされた電圧に応じてドループカーブ形態の電力値に制御される、ＤＣ‐ＤＣコンバータの制御方法。
【請求項１６】
前記ブリッジ回路を制御するステップは、
前記センシングされた電圧が第１電圧以上であると、第１電力で前記バッテリーを充電させるステップと、
前記センシングされた電圧が第２電圧以下でると、第２電力で前記バッテリーを放電させるステップとを含む、請求項１５に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータの制御方法。
【請求項１７】
前記第１電力は、前記センシングされた電圧と前記第１電圧の差である第１デルタ電圧と予め設定された充電電力傾き定数の積に対応する、請求項１６に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータの制御方法。
【請求項１８】
前記第２電力は、前記センシングされた電圧と前記第２電圧の差である第２デルタ電圧と予め設定された放電傾き定数の積に対応する、請求項１６に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータの制御方法。
【請求項１９】
前記センシングされた電圧が前記第１電圧および前記第２電圧の間の電圧である場合、前記バッテリーの充電または放電が中止される、請求項１６に記載のＤＣ‐ＤＣコンバータの制御方法。
【国際調査報告】
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2021509002.tif 000034
2021509002.tif 000035
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