KR101957841B1

KR101957841B1 - 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치

Info

Publication number: KR101957841B1
Application number: KR1020180141589A
Authority: KR
Inventors: 현형호
Original assignee: 현형호
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2019-03-13

Abstract

본 발명은 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상기 배터리 밸런싱 장치는 홀수 배터리 모듈과 짝수 배터리 모듈이 직렬로 연결되어 있고, 상기 홀수 배터리 모듈과 짝수 배터리 모듈 사이의 접점에 인덕터가 연결되어 있으며, 상기 홀수 배터리 모듈의 양극과 상기 인덕터의 단자 사이에 P형 MosFET과 N형 MosFET이 연결되어 구성된 홀수 스위치 모듈이 연결 배치되며, 상기 홀수 스위치 모듈과 인덕터 사이의 접점과 짝수 배터리 모듈 음극 사이에 P형 MosFET과 N형 MosFET이 연결되어 구성된 짝수 스위치 모듈이 연결되어 구성된 밸런싱 모듈이 복수개 연결되어 구성되되 각각의 밸런싱 모듈은 상기 짝수 배터리 모듈의 음극과 짝수 스위치 모듈 사이의 접점과 상기 홀수 배터리 모듈의 양극과 홀수 스위치 모듈 사이의 접점이 연결되는 방식으로 복수개 연결되어 구성된 배터리 밸런싱 장치; 복보 상기 홀수 배터리 모듈과 짝수 배터리 모듈의 전압과 전류 데이터를 센싱하는 센싱부; 배터리 모듈의 SOC를 추정하는 알고리즘과 상기 밸런싱 모듈의 밸런싱을 제어하는 밸런싱 알고리즘에 따라 스위치를 도통시키는 스위칭 신호를 출력하도록 프로그램이 임베딩된 MCU를 포함하는 제어부;로 구성되는 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치에 관한 것이다.

Description

태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치{Solar Power Storage Battery Balancing Device}

최근 리튬이온 사용이 기존의 납축전기의 대체 에너지 저장 배터리로 크게 증가하고 있는 추세에 있는데, 타 배터리군에 비해 에너지 저장밀도가 커서 에너지 저장용량이 대폭 증가하고 있다.

하지만 배터리 모듈을 구성하는 개개의 배터리 셀간의 충전 용량 불균형은 여러가지 문제점을 야기하고 있는바, 이를 방지하기 위해 각 배터리 셀에 대한 균일한 충전용량이 되도록 하는 관리 및 제어방법에 대해 최근 많은 연구가 나오고 있다.

이러한 배터리 밸런싱 기술은 크게 패시브 방식과 액티브 방식으로 나눌수 있는데 패시브 방식으로는 많은 시간이 소요되고, 대 전류에 의한 충방전 따른 전류 밸런싱을 하기 곤란하다는 문제점이 있는바, 액티브 방식의 밸런싱 기술이 선호되고 있는 실정이다.

다만 액티브 방식의 밸런싱 기술도 대체적으로 많은 부품이 사용되어 신뢰성 문제를 야기하고 많은 공간을 점유한다는 문제점이 있는데, 이를 개선하기 위한 액티브 방식의 배터리 밸런싱 장치의 간소화와 제어 알고리즘에 대한 연구가 절실히 필요한 실정이다.

기존의 기술을 보면 우선, 한국공개특허(제1020120011363호, 2012.02.08)는 충전 밸런싱 장치와 방법 및 이를 이용한 계통 연계형 배터리 충방전 시스템에 관한 것으로서, 외부 전원으로부터 충전을 위한 전기 에너지가 유입되는 제1 전극과 제2 전극 사이에 직렬 연결되는 제1 배터리와 제2 배터리; 일측이 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리의 접점에 연결되는 인덕터; 상기 제1 전극과 상기 인덕터 타측 사이에 연결되는 제1 스위치; 상기 제2 전극과 상기 인덕터 타측 사이에 연결되는 제2 스위치; 및 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리에 충전된 전기 에너지량을 비교하여 차이가 발생하는 경우 충전 밸런싱을 위해 상기 제1 스위치를 동작시키기 위한 제1 스위치 제어 신호 또는 상기 제2 스위치를 동작시키기 위한 제2 스위치 제어 신호를 출력하는 스위치 동작 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는데, 인접하는 배터리 모듈간에 충방전이 계속적으로 일어나는데, 이러한 방식은 한번씩 충방전 할 때마다 에너지 전달 효율에 의해 저장된 전력을 손실하게 되는바, 지나치게 많은 충방전 횟수에 의해 전력손실이 많아진다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 태양광 전력 저장 배터리를 구성하는 배터리 모듈간의 충전 전압 불균형을 방지할 수 액티브 방식의 밸런싱 장치를 제공하되, 밸런싱에 이르기까지 충방전 횟수를 최소화하여 밸런싱에 있어서의 전력손실을 최소화할 수 있는 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 액티브 방식의 밸런싱 장치를 제공하되, 구성요소를 최소화하여 제작 단가의 저감 및 설치 부피를 최소화할 수 있는 태양관 전력 저장 배터리 밸런싱 장치를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명인 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치(BD)는 홀수 배터리 모듈(OBat)과 짝수 배터리 모듈(EBat)이 직렬로 연결되어 있고, 상기 홀수 배터리 모듈(OBat)과 짝수 배터리 모듈(EBat) 사이의 접점에 인덕터(L)가 연결되어 있으며, 상기 홀수 배터리 모듈(OBat)의 양극과 상기 인덕터(L)의 단자 사이에 P형 MosFET과 N형 MosFET이 연결되어 구성된 홀수 스위치 모듈(O)이 연결 배치되며, 상기 홀수 스위치 모듈(OS)과 인덕터(L) 사이의 접점과 짝수 배터리 모듈(EBat) 음극 사이에 P형 MosFET과 N형 MosFET이 연결되어 구성된 짝수 스위치 모듈(ES)이 연결되어 구성된 밸런싱 모듈(BM)이 복수개 연결되어 구성되되 어느 하나의 밸런싱 모듈(BM)에서의 상기 짝수 배터리 모듈(EBat)의 음극과 짝수 스위치 모듈(ES) 사이의 접점과 다른 하나의 밸런싱 모듈의 상기 홀수 배터리 모듈(OBat)의 양극과 홀수 스위치 모듈(OS) 사이의 접점이 연결되는 방식으로 밸런싱 모듈(BM)이 복수개 연결되어 구성된 배터리 밸런싱 장치(BD); 상기 홀수 배터리 모듈(OBat)과 짝수 배터리 모듈(EBat)의 전압과 전류 데이터를 센싱하는 센싱부(부호 미부여 및 미도시) ; 배터리 모듈의 SOC를 추정하는 알고리즘과 상기 밸런싱 모듈의 밸런싱을 제어하는 밸런싱 알고리즘에 따라 스위치를 도통시키는 스위칭 신호를 출력하도록 프로그램이 임베딩된 MCU(부호 미부여 및 미도시)를 포함하는 제어부(100);로 구성된다.

상기 홀수 스위치 모듈(OS)과 짝수 스위치 모듈(ES)을 구성하는 P형 MosFET과 N형 MosFET은 플라이휠 다이오드를 구비된 것을 사용함이 바람직하다.

상기 배터리 밸런싱 장치(BD)를 구성하는 복수개의 인덕터(LN)는 1개의 커플드 트랜스포머(CT)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 밸런싱 모듈(BM)은 단독으로 착탈 가능한 것을 특징으로 한다.

짝수 홀수 배터리 모듈의 SOC 데이터 및 충방전 상태를 표시하는 디스플레이부를 더 포함함이 바람직하다.

상기 SOC 추정 알고리즘은 배터리 모듈의 전압을 센싱하여 추정하는 방식 혹은 출력 전류를 센싱하여 추정하는 전류 적산 방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 밸런싱 알고리즘은

(1) 짝수 배터리 모듈(EBat)과 홀수 배터리 모듈(OBat)의 전압 및 전류값을 센싱하는 배터리 모듈 전압 및 전류 센싱 단계(S01);

(2) 배터리 모듈의 전류용량을 계산하는 배터리 모듈 전류용량 계산 단계(S02);

(3) 각 배터리 모듈의 SOC값을 추정하고 전체 배터리 모듈의 SOC 평균값을 계산하는 각 배터리 모듈 SOC값 추정 및 SOC 평균값 계산 단계(S03);

(4) 짝수 배터리 모듈에 대한 SOC 값의 최대값과 최소값 및 홀수 배터리 모듈에 대한 SOC 값의 최대값과 최소값을 추출하는 SOC 값 최대값 및 최소값 추출 단계(S04);

(5) (SOC 최대값을 갖는 짝수 배터리 모듈, SOC 최소값을 갖는 홀수 배터리 모듈) 과 (SOC 최대값을 갖는 홀수 배터리 모듈, SOC 최소값을 갖는 짝수 배터리 모듈)로 두 그룹을 특정하는 두 그룹 특정단계(S05);

(6) 상기 (5) 단계에서 특정된 두 그룹를 이루는 특정된 짝수 배터리 모듈과 홀수 배터리 모듈 각각의 SOC의 최대값이 계산된 배터리 모듈의 전류용량의 90%를 초과하거나, 각각의 SCO의 최소값이 계산된 배터리 모듈의 전류용량의 20%미만인 경우에 해당하는 배터리 모듈이 포함된 그룹의 수를 판별하는 그룹 개수 판별 단계(S06);

(7) 상기 (6) 단계에서 2개의 그룹으로 판별된 경우 두 그룹 중에서 (SOC 최대값 - SOC 최소값)이 더 큰값을 가지는 그룹을 우선하여 충방전 그룹으로 선정하여 양 배터리 모듈이 평형될 때까지 충방전한후 나머지 그룹을 충방전하는 두 그룹 충방전 단계(S07);

(8) 상기 (6) 단계에서 1개의 그룹으로 판별된 경우 판별된 그룹을 충방전 그룹으로 선정하여 양 배터리 모듈이 평형될 때가지 충방전하는 한 그룹 충방전 단계(S08);

(9) 상기 (6) 단계에서 0개의 그룹으로 판별된 경우 각각의 배터리 모듈의 SOC 최대값과 최소값이 전체 배터리 모듈의 SOC 평균값에 대해 3% 편차 내에 있는지를 판별하는 밸런싱 유지 판별 단계(S09); 및

(10) 상기 (9) 단계에서 3% 편차 내에 있지 않다고 판별된 경우 (SOC 최대값 - SOC 최소값)이 더 큰값을 가지는 그룹을 충방전 그룹으로 선정하여 양 배터리 모듈이 평형될 때까지 충방전하는 영 그룹 충방전 단계(S10); 로 구성된다.

본 발명은 액티브 방식으로 태양광 전력 저장 배터리를 구성하는 배터리 모듈간의 충전 전압 불균형을 방지하여 배터리 모듈의 성능을 최적화할 수 있다는 것 이외에 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명은 밸런싱에 이르기까지 충방전 횟수를 최소화하여 밸런싱에 있어서의 전력손실을 최소화할 수 있다.

(2) 본 발명은 액티브 방식의 밸런싱 장치를 제공하되, 구성요소를 최소화하여 제작 단가의 저감 및 설치 부피를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명인 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명인 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치에 있어서, 일구성요소인 인덕터가 복수개가 단일한 커플드 트랜스포머를 형성한 것을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명인 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치의 일 실시예로서 홀수 배터리 모듈 01의 추정된 SOC값이 Max 값이고, 짝수 배터리 모듈 03의 추정된 SOC값이 Min 값일 때, 홀수 배터리 모듈 01이 방전되는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명인 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치의 일 실시예로서 홀수 배터리 모듈 01의 추정된 SOC값이 Max 값이고, 짝수 배터리 모듈 03의 추정된 SOC값이 Min 값일 때, 홀수 배터리 모듈 01이 방전된 전력으로 짝수 배터리 모듈 03이 충전하는 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명인 본 발명인 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치의 제어방법을 시계열로 나타낸 알고리즘 플로우챠트이다.

먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라 질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치 및 그 제어방법"을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

부호의 설명에서 OBat01.....N 표시는 구성요소인 동일한 홀수 배터리 모듈이 복수개(N개) 존재함을 의미하는 것이고, OBat02와 같이 표기하였다면 N개의 홀수 배터리 모듈중에서 특정한(즉 2번째) 홀수 배터리 모듈을 나타내는 것이고, 만약 단순히 부호를 OBat으로 표기하였다면 이는 여러개의 홀수 배터리 모듈 중에서 특정한 홀수 배터리 모듈을 나타내는 것이 아니라 여러개의 홀수 배터리 모듈 중에서 어느 하나의 홀수 배터리 모듈을 나타내는 것으로서, 이는 타구성요소인 밸런싱모듈, 짝수 배터리 모듈, 홀수 스위치 모듈, 짝수 스위치 모듈 부호 표기에서도 마찬가지로 적용된다.

도 1은 본 발명인 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치를 간략하게 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명인 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치에 있어서, 일구성요소인 인덕터가 복수개가 단일한 커플드 트랜스포머를 형성한 것을 간략하게 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명인 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치의 일 실시예로서 홀수 배터리 모듈 01의 추정된 SOC값이 Max 값이고, 짝수 배터리 모듈 03의 추정된 SOC값이 Min 값일 때, 홀수 배터리 모듈 01이 방전되는 것을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명인 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치의 일 실시예로서 홀수 배터리 모듈 01의 추정된 SOC값이 Max 값이고, 짝수 배터리 모듈 03의 추정된 SOC값이 Min 값일 때, 홀수 배터리 모듈 01이 방전된 전력으로 짝수 배터리 모듈 03이 충전하는 것을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명인 본 발명인 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치의 제어방법을 시계열로 나타낸 알고리즘 플로우챠트이다.

도 1을 참조하면 본 발명인 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치(BD)는 홀수 배터리 모듈(OBat)과 짝수 배터리 모듈(EBat)이 직렬로 연결되어 있고, 상기 홀수 배터리 모듈(OBat)과 짝수 배터리 모듈(EBat) 사이의 접점에 인덕터(L)가 연결되어 있으며, 상기 홀수 배터리 모듈(OBat)의 양극과 상기 인덕터(L)의 단자 사이에 P형 MosFET과 N형 MosFET이 연결되어 구성된 홀수 스위치 모듈(O)이 연결 배치되며, 상기 홀수 스위치 모듈(OS)과 인덕터(L) 사이의 접점과 짝수 배터리 모듈(EBat) 음극 사이에 P형 MosFET과 N형 MosFET이 연결되어 구성된 짝수 스위치 모듈(ES)이 연결되어 구성된 밸런싱 모듈(BM)이 복수개 연결되어 구성되되 어느 하나의 밸런싱 모듈(BM)에서의 상기 짝수 배터리 모듈(EBat)의 음극과 짝수 스위치 모듈(ES) 사이의 접점과 다른 하나의 밸런싱 모듈의 상기 홀수 배터리 모듈(OBat)의 양극과 홀수 스위치 모듈(OS) 사이의 접점이 연결되는 방식으로 밸런싱 모듈(BM)이 복수개 연결되어 구성된 배터리 밸런싱 장치(BD); 복보 상기 홀수 배터리 모듈(OBat)과 짝수 배터리 모듈(EBat)의 전압과 전류 데이터를 센싱하는 센싱부(부호 미부여 및 미도시) ; 배터리 모듈의 SOC를 추정하는 알고리즘과 상기 밸런싱 모듈의 밸런싱을 제어하는 밸런싱 알고리즘에 따라 스위치를 도통시키는 스위칭 신호를 출력하도록 프로그램이 임베딩된 MCU(부호 미부여 및 미도시)를 포함하는 제어부(100);로 구성된다.

도 1을 참조하면 상기 홀수 스위치 모듈(OS)과 짝수 스위치 모듈(ES)을 구성하는 P형 MosFET과 N형 MosFET은 플라이휠 다이오드를 구비된 것을 사용함이 바람직하다.

도 2를 참조하면 상기 배터리 밸런싱 장치(BD)를 구성하는 복수개의 인덕터(LN)는 1개의 커플드 트랜스포머(CT)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 5를 참조하면 상기 밸런싱 알고리즘은

도 3과 도 4를 참조하여, 짝수 및 홀수 배터리 모듈이 각각 3개씩으로 구성된 것으로써, 밸런싱 모듈이 3개가 연결된 배터리 밸런싱 장치를 가정하되, 각각의 배터리 모듈의 정격은 18V로 가정하여 상기 알고리즘을 설명한다.

배터리 모듈	현재센싱되는 오픈전압으로부터 추정되는 SOC 값(%)	비고
OBat01	95	홀수 최대 SOC
EBat01	85	짝수 최대 SOC
OBat02	80
EBat02	55
OBat03	25	홀수 최소 SOC
EBat03	20	짝수 최소 SOC

상기 두 그룹 특정단계(S05)에 따르면 (홀수 배터리 모듈 01(90%), 짝수 배터리 모듈 03(20%)), (짝수 배터리 모듈 01(85%), 홀수 배터리 모듈 03(25%))로 두 그룹이 특정되며, 상기 그룹 개수 판별 단계(S06)에 따르면 홀수 배터리 모듈 01의 SOC 값이 95% 이므로 상기 두 그룹중 한 그룹만 이에 해당되는바, 즉 (홀수 배터리 모듈 01(90%), 짝수 배터리 모듈 03(20%))이 평형을 위한 충방전 그룹으로 선정되어, 제어부에서 홀수 스위치 모듈 01(OS01)에 홀수 배터리 모듈 01(OBat01)이 방전하는 방향으로 도통 되도록 해당 게이트에 스위칭 신호를 인가하여 도통하게 되어, 홀수 배터리 모듈 01(OBat01)이 방전하게 된다.

방전된 전력은 인덕터 01(L01)에 저장되고, 제어부는 짝수 배터리 03이 충전되는 방향으로 짝수 스위치 모듈03(EBat03)의 해당되는 게이트에 스위칭 신호를 인가하게 되면, 인덕터 01(L01)에 저장된 에너지가, 커플드 트랜스포머에 감긴 인덕터 03(L03) 으로 전달되고, 전달된 에너지는 짝수 배터리 모듈 03(Eabt03)에 최종적으로 전달되는 것이다.

평형을 이룰 때까지 충방전이 되므로, 상기 표 1은 다음의 표 2와 같이 각 배터리 모듈의 SOC 값이 변화하게 되고, 각 배터리 모듈의 개별 SOC값이 전체 배터리 모듈의 SOC 평균값의 편차 3% 이내에 들어올 때까지 밸런싱을 위한 충방전이 계속 진행되는 것이다.

배터리 모듈	현재센싱되는 오픈전압으로부터 추정되는 SOC 값(%)	비고
OBat01	70
EBat01	85	짝수 최대 SOC
OBat02	80	홀수 최대 SOC
EBat02	55	짝수 최소 SOC
OBat03	25	홀수 최소 SOC
EBat03	70

상기 두 그룹 특정단계(S05)에 따르면 (홀수 배터리 모듈 02(80%), 짝수 배터리 모듈 02(55%)), (짝수 배터리 모듈 01(85%), 홀수 배터리 모듈 03(25%))로 두 그룹이 특정되며, 상기 그룹 개수 판별 단계(S06)에 따르면 0개의 그룹에 해당되고, 상기 밸런싱 유지 판별 단계(S09)에 따르면 전체 배터리 모듈의 SOC 평균값은 64% 정도인데, 상기 두 그룹은 이에 해당안되므로, 양 배터리 모듈간의 최대값에서 최소값을 뺀 값이 더 큰 그룹을 충방전 그룹으로 선정하게 되는 바, (짝수 배터리 모듈 01(85%), 홀수 배터리 모듈 03(25%))이 충방전 그룹으로 선정되어 밸런싱을 하게 되어, 충방전에 따른 전력전달이 발생하게 된다.

이러한 알고리즘의 장점은 바로 인접하는 배터리 모듈로만 전력이 전달되는 것이 아니므로 배터리 모듈의 밸런싱에 이르기까지 충방전 횟수를 최소화하여 전력손실을 최소화할 수 있게 되는 장점이 있는 것이다.

본 발명은 액티브 방식으로 태양광 전력 저장 배터리를 구성하는 배터리 모듈간의 충전 전압 불균형을 방지하여 배터리 모듈의 성능을 최적화할 수 있다는 것 이외에 본 발명은 액티브 방식의 밸런싱 장치를 제공하되, 구성요소를 최소화하여 제작 단가의 저감 및 설치 부피를 최소화할 수 있다.

BD : 배터리 밸런싱 장치 BM01.......N : 밸런싱 모듈
OBat01.....N : 홀수 배터리 모듈 EBat01.....N : 짝수 배터리 모듈
OS01.......N : 홀수 스위치 모 듈 ES01.......N : 짝수 스위치 모듈
L01........N : 인덕터
CT : 커플드 트랜스포머 100 : 제어부

Claims

태양광 발전설비로부터 전달되는 전력을 저장하는 배터리 밸런싱 장치에 있어서,
상기 배터리 밸런싱 장치는,
홀수 배터리 모듈과 짝수 배터리 모듈이 직렬로 연결되어 있고, 상기 홀수 배터리 모듈과 짝수 배터리 모듈 사이의 접점에 인덕터가 연결되어 있으며, 상기 홀수 배터리 모듈의 양극과 상기 인덕터의 단자 사이에 P형 MosFET과 N형 MosFET이 연결되어 구성된 홀수 스위치 모듈이 연결 배치되며, 상기 홀수 스위치 모듈과 인덕터 사이의 접점과 짝수 배터리 모듈 음극 사이에 P형 MosFET과 N형 MosFET이 연결되어 구성된 짝수 스위치 모듈이 연결되어 구성된 밸런싱 모듈이 복수개 연결되어 구성되되 어느 하나의 밸런싱 모듈의 상기 짝수 배터리 모듈의 음극과 짝수 스위치 모듈 사이의 접점과 다른 밸런싱 모듈의 상기 홀수 배터리 모듈의 양극과 홀수 스위치 모듈 사이의 접점이 연결되는 방식으로 밸런싱 모듈이 복수개 연결되어 구성된 배터리 밸런싱 장치; 상기 홀수 배터리 모듈과 짝수 배터리 모듈의 전압과 전류 데이터를 센싱하는 센싱부; 배터리 모듈의 SOC를 추정하는 알고리즘과 상기 밸런싱 모듈의 밸런싱을 제어하는 밸런싱 알고리즘에 따라 스위치를 도통시키는 스위칭 신호를 출력하도록 프로그램이 임베딩된 MCU를 포함하는 제어부;로 구성되며,
상기 배터리 밸런싱 장치를 구성하는 복수개의 인덕터는 1개의 커플드 트랜스포머로 구성되며,
상기 제어부는 추정된 SOC값이 최대인 짝수 배터리 모듈로부터 방전되어 추정된 SOC값이 최소인 홀수 배터리 모듈로 충전되거나 추정된 SOC값이 최대인 홀수 배터리 모듈로부터 방전되어 추정된 SOC값이 최소인 짝수 배터리 모듈로 충전되도록 상기 홀수 스위치 모듈 또는 짝수 스위치 모듈에 스위칭 신호를 출력하여 전력이동을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 홀수 스위치 모듈과 짝수 스위치 모듈을 구성하는 P형 MosFET과 N형 MosFET은 플라이휠 다이오드를 구비된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
짝수 홀수 배터리 모듈의 SOC 데이터 및 충방전 상태를 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 SOC 추정 알고리즘은 배터리 모듈의 전압을 센싱하여 추정하는 방식 혹은 출력 전류를 센싱하여 추정하는 전류 적산 방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 밸런싱 모듈은 단독으로 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 밸런싱 알고리즘은
(1) 짝수 배터리 모듈과 홀수 배터리 모듈의 전압 및 전류값을 센싱하는 배터리 모듈 전압 및 전류 센싱 단계;
(2) 배터리 모듈의 전류용량을 계산하는 배터리 모듈 전류용량 계산 단계;
(3) 각 배터리 모듈의 SOC값을 추정하고 전체 배터리 모듈의 SOC 평균값을 계산하는 각 배터리 모듈 SOC값 추정 및 SOC 평균값 계산 단계;
(4) 짝수 배터리 모듈에 대한 SOC 값의 최대값과 최소값 및 홀수 배터리 모듈에 대한 SOC 값의 최대값과 최소값을 추출하는 SOC 값 최대값 및 최소값 추출 단계;
(5) (SOC 최대값을 갖는 짝수 배터리 모듈, SOC 최소값을 갖는 홀수 배터리 모듈) 과 (SOC 최대값을 갖는 홀수 배터리 모듈, SOC 최소값을 갖는 짝수 배터리 모듈)로 두 그룹을 특정하는 두 그룹 특정단계;
(6) 상기 (5) 단계에서 특정된 두 그룹를 이루는 특정된 짝수 배터리 모듈과 홀수 배터리 모듈 각각의 SOC의 최대값이 계산된 배터리 모듈의 전류용량의 90%를 초과하거나, 각각의 SCO의 최소값이 계산된 배터리 모듈의 전류용량의 20%미만인 경우에 해당하는 배터리 모듈이 포함된 그룹의 수를 판별하는 그룹 개수 판별 단계;
(7) 상기 (6) 단계에서 2개의 그룹으로 판별된 경우 두 그룹 중에서 (SOC 최대값 - SOC 최소값)이 더 큰값을 가지는 그룹을 우선하여 충방전 그룹으로 선정하여 양 배터리 모듈이 평형될 때까지 충방전한후 나머지 그룹을 충방전하는 두 그룹 충방전 단계;
(8) 상기 (6) 단계에서 1개의 그룹으로 판별된 경우 판별된 그룹을 충방전 그룹으로 선정하여 양 배터리 모듈이 평형될 때가지 충방전하는 한 그룹 충방전 단계;
(9) 상기 (6) 단계에서 0개의 그룹으로 판별된 경우 각각의 배터리 모듈의 SOC 최대값과 최소값이 전체 배터리 모듈의 SOC 평균값에 대해 3% 편차 내에 있는지를 판별하는 밸런싱 유지 판별 단계; 및
(10) 상기 (9) 단계에서 3% 편차 내에 있지 않다고 판별된 경우 (SOC 최대값 - SOC 최소값)이 더 큰값을 가지는 그룹을 충방전 그룹으로 선정하여 양 배터리 모듈이 평형될 때까지 충방전하는 영 그룹 충방전 단계; 로 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 전력 저장 배터리 밸런싱 장치.