KR20150019372A - Apparatus and method for charging at constant-voltage - Google Patents

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KR20150019372A KR20130096143A KR20130096143A KR20150019372A KR 20150019372 A KR20150019372 A KR 20150019372A KR 20130096143 A KR20130096143 A KR 20130096143A KR 20130096143 A KR20130096143 A KR 20130096143A KR 20150019372 A KR20150019372 A KR 20150019372A
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안창덕
양태규
서민배
장우영
웰 하지
라미 투미
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안창덕
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Abstract

The present invention relates to a constant-voltage charging device for charging a battery after converting a variable voltage into a constant voltage and to a method of the same, wherein the variable voltage is inputted from a generator for converting natural energy like wind energy into electrical energy. The constant-voltage charging device comprises: a rectification part to convert an AC voltage generated by a generator into a DC voltage; a voltage measurement part to measure a voltage value of the rectified DC voltage; a control part to perform analog-to-digital conversion (ADC) for the measured voltage value and to configure a duty cycle by using a converted digital value, wherein the duty cycle is to be used for converting the rectified DC voltage into a predetermined constant voltage; and a constant-voltage output part to convert the rectified DC voltage into the predetermined constant voltage based on the configured duty cycle, and to apply the converted constant voltage to a battery.

Description

정전압 충전 장치 및 그 방법{Apparatus and method for charging at constant-voltage}[0001] Apparatus and method for charging constant-voltage [0002]

본 발명은, 배터리 충전 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 풍력 에너지 등의 자연 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기로부터 입력되는 가변적인 전압을 정전압의 형태로 변환하여 배터리를 충전하도록 하는 정전압 충전 장치 및 그 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery charging technique, and more particularly, to a constant voltage charging device for charging a battery by converting a variable voltage input from a generator for converting natural energy such as wind energy into electric energy into a constant voltage, And a method thereof.

일반적으로 풍력 등의 자연 에너지를 이용하여 전력을 발전하는 발전 장치는, 풍력에 의해 회전하는 회전축을 발전기에 접속함으로써 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하고 전기 에너지에 따른 전력을 배터리에 충전하는 전력 제어 장치를 구비함으로써, 바람의 유무나 변화에 좌우되지 않는 안정한 전력을 공급 가능하게 되어 있다.Generally, a power generation device that generates electric power by using natural energy such as wind power includes a power control device that converts kinetic energy into electric energy by connecting a rotary shaft rotated by wind power to a generator, So that it is possible to supply stable electric power that does not depend on the presence or the change of wind.

그러나, 강풍시에는 고전압의 충전 전압에 의해 충전이 행해지는 한편, 약풍시에는 저전압의 충전 전압에 의해 충전이 행해지는 것과 같이 크게 변동하는 충전 전압에 의해 배터리의 충전이 행해지기 때문에 종래의 발전 장치는 충전 효율이 낮다는 문제가 있다.However, in the case of a strong wind, charging is performed by a charging voltage of a high voltage. On the other hand, charging of the battery is performed by a charging voltage which fluctuates largely as charging is performed by charging voltage of low voltage during weak wind, There is a problem that the charging efficiency is low.

특히, 고전압의 충전 전압에 의해 충전이 행해지는 과전압 충전 방식에 의하면, 배터리의 충전 전압의 최대값 이상의 고전압으로 충전이 행해지므로 배터리의 수명이 급격히 떨어지는 문제가 있다. Particularly, according to the overvoltage charging method in which charging is performed by a charging voltage of a high voltage, charging is performed at a high voltage equal to or higher than the maximum value of the charging voltage of the battery, so that there is a problem that the life of the battery is rapidly deteriorated.

또한, 우리 나라의 지형 및 계절 특성상 바람이 수시로 바뀌고 지속성이 낮아 풍력의 효율성이 떨어지는 문제가 있다.In addition, due to the terrain and seasonal characteristics of our country, there is a problem that the efficiency of the wind power is inferior due to the frequent change of wind and low sustainability.

상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은, 풍력의 변화에 의해 충전 전압이 크게 변화한 경우에도 배터리에 인가되는 충전 전압이 일정한 전압값을 유지하도록 함으로써 효율적으로 배터리로의 충전을 행할 수 있는 정전압 충전 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the aforementioned problems of the prior art, and it is therefore an object of the present invention to provide a battery charging device capable of efficiently charging a battery by allowing a charging voltage applied to the battery to maintain a constant voltage value, And an object thereof is to provide a constant voltage charging apparatus and a method thereof.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 발전기로부터 생산된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류부; 정류된 직류 전압의 전압값을 측정하는 전압측정부; 측정된 전압값에 대한 ADC(Analog-to-Digital Conversion)를 수행하고, 변환된 디지털 값을 이용해 정류된 직류 전압을 미리 설정된 정전압으로 변환하기 위한 듀티비(Duty cycle)를 설정하는 제어부; 및 설정된 듀티비에 따라 정류된 직류 전압을 미리 설정된 정전압으로 변환하고, 변환된 정전압을 배터리에 인가하는 정전압출력부;를 포함하는 정전압 충전 장치를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a rectifier comprising: a rectifier for converting an AC voltage generated from a generator into a DC voltage; A voltage measuring unit for measuring a voltage value of the rectified DC voltage; A controller for performing an ADC (Analog-to-Digital Conversion) on the measured voltage value and setting a duty cycle for converting the rectified DC voltage to a predetermined constant voltage using the converted digital value; And a constant voltage charging unit that converts the rectified DC voltage according to the set duty ratio to a predetermined constant voltage and applies the converted constant voltage to the battery.

한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 형태는, 발전기에서 생산된 3상 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 단계; 정류된 직류 전압의 전압값을 측정하는 단계; 측정한 전압값에 대한 ADC(Analog-to-Digital Conversion)를 수행한 후, 변환된 디지털 값을 이용해 정류된 직류 전압을 미리 설정된 정전압으로 변환하기 위한 듀티비(Duty cycle)를 설정하는 단계; 설정된 듀티비에 따라 정류된 직류 전압에 대해 PWM(Pulse Width Modulation)을 수행하여 미리 설정된 정전압으로 변환하는 단계; 및 변환된 정전압을 배터리에 충전하는 단계;를 포함하는 정전압 충전 방법을 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a three-phase alternating-current voltage generator, the method comprising: rectifying a three-phase alternating voltage generated by a generator into a direct-current voltage; Measuring a voltage value of the rectified DC voltage; Performing an ADC (Analog-to-Digital Conversion) on the measured voltage value, and then setting a duty cycle for converting the rectified DC voltage to a preset constant voltage using the converted digital value; Performing PWM (Pulse Width Modulation) on the rectified DC voltage according to the set duty ratio to convert the rectified DC voltage into a predetermined constant voltage; And charging the converted constant voltage into the battery.

본 발명에 따르면, 배터리에 인가되는 전압을 배터리 충전 전압의 최대값으로 일정하게 유지되도록 할 수 있다. 이로써, 충전 전류가 상승하여 배터리로의 급속 충전이 행해질 수 있다.According to the present invention, the voltage applied to the battery can be kept constant at a maximum value of the battery charging voltage. Thereby, the charging current rises and rapid charging to the battery can be performed.

또한, 본 발명에 따르면, 큰 자연 에너지에 의해 발전기에서 생산된 전압이배터리 충전 전압의 최대값 이상일 때, 배터리 충전 전압의 최대값 이상의 높은 전압을 배터리의 충전 전압의 최대값이 되도록 가변함으로써 배터리에 인가되는 충전 전압이 일정한 전압값으로 유지되고, 충전 전류가 상승하여 배터리로의 급속 충전이 행해질 수 있다. According to the present invention, when the voltage generated by the generator due to large natural energy is equal to or greater than the maximum value of the battery charging voltage, The applied charge voltage is maintained at a constant voltage value, and the charge current is increased, so that rapid charging to the battery can be performed.

또한, 본 발명에 따르면, 자연 에너지가 증감함으로써 발전기에서 생산되는 전압이 크게 변화하는 경우에도 배터리로의 충전 전압을 일정한 전압값으로 유지할 수 있다. 이로써, 풍력의 변화가 심한 지역에서도 확실하게 배터리의 충전이 행해지기 때문에 높은 신뢰성으로 운전할 수 있다. Further, according to the present invention, even when the voltage generated by the generator changes significantly due to the increase or decrease of the natural energy, the charging voltage to the battery can be maintained at a constant voltage value. Thereby, the battery can be surely charged even in a region where the wind power changes significantly, so that the operation can be performed with high reliability.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 정전압 충전 장치를 구비한 전체 전력 제어 시스템을 간략하게 나타낸 블럭도이다.
도 2는, 도 1에 도시된 정전압 충전 장치의 상세 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 3은, 도 2에 도시된 정류부를 실제 회로로 구현한 예시도이다.
도 4는, 도 2에 도시된 전압측정부를 실제 회로로 구현한 예시도이다.
도 5는, 도 2에 도시된 제어부를 실제 회로로 구현한 예시도이다.
도 6은, 도 2에 도시된 제어부의 듀티비 설정 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은, 도 2에 도시된 정전압출력부를 실제 회로로 구현한 예시도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 정전압 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 1 is a block diagram briefly showing an overall power control system including a constant voltage charging device according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing the detailed configuration of the constant-voltage charging apparatus shown in Fig.
Fig. 3 is an example of a rectifying unit shown in Fig. 2 implemented by an actual circuit.
FIG. 4 is an example of a voltage measuring unit shown in FIG. 2 implemented by an actual circuit.
FIG. 5 is an exemplary view of the control unit shown in FIG. 2 implemented as an actual circuit.
6 is an exemplary diagram for explaining the duty ratio setting operation of the control unit shown in Fig.
FIG. 7 is an exemplary view showing the constant voltage output unit shown in FIG. 2 implemented by an actual circuit.
8 is a flowchart for explaining a constant voltage charging method according to one embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예에 대해 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 그리고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙였다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Further, in order to clearly illustrate the present invention in the drawings, portions not related to the description are omitted. Like parts are denoted by like reference numerals throughout the specification. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 정전압 충전 장치를 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, a constant voltage charging apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 7. FIG.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 정전압 충전 장치를 구비한 전체 전력 제어 시스템을 간략하게 나타낸 블럭도이다. 1 is a block diagram briefly showing an overall power control system including a constant voltage charging device according to an embodiment of the present invention.

도 2는, 도 1에 도시된 정전압 충전 장치의 상세 구성을 나타낸 블럭도이다.2 is a block diagram showing the detailed configuration of the constant-voltage charging apparatus shown in Fig.

도 3은, 도 2에 도시된 정류부를 실제 회로로 구현한 예시도이다.Fig. 3 is an example of a rectifying unit shown in Fig. 2 implemented by an actual circuit.

도 4는, 도 2에 도시된 전압측정부를 실제 회로로 구현한 예시도이다.FIG. 4 is an example of a voltage measuring unit shown in FIG. 2 implemented by an actual circuit.

도 5는, 도 2에 도시된 제어부를 실제 회로로 구현한 예시도이다.FIG. 5 is an exemplary view of the control unit shown in FIG. 2 implemented as an actual circuit.

도 6은, 도 2에 도시된 제어부의 듀티비 설정 동작을 설명하기 위한 예시도이다.6 is an exemplary diagram for explaining the duty ratio setting operation of the control unit shown in Fig.

도 7은, 도 2에 도시된 정전압출력부를 실제 회로로 구현한 예시도이다.FIG. 7 is an exemplary view showing the constant voltage output unit shown in FIG. 2 implemented by an actual circuit.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전력 제어 시스템은, 발전기(1), 정전압 충전 장치(2), 배터리(3) 및 BMS(Battery Management System)(4)를 적어도 포함하여 구성된다. 또한, 본 전력 제어 시스템은, DC-AC 컨버터(5)를 통해 가정집 등과 같이 부하(6)에 직접 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.1, a power control system according to the present invention includes at least a generator 1, a constant voltage charging device 2, a battery 3, and a BMS (Battery Management System) 4. In addition, the present power control system can be configured to supply power directly to the load 6, such as a home-house, via the DC-AC converter 5.

구체적으로, 발전기(1)는 다양한 자연에너지를 이용하여 교류 전력을 발생시킨다. 여기서, 자연에너지는 태양열, 태양광, 수력, 지열, 풍력, 해풍에너지 등 자연계에 존재하는 에너지 중 적어도 하나일 수 있다.Specifically, the generator 1 generates AC power using various natural energies. Here, the natural energy may be at least one of energy existing in the natural world such as solar heat, solar light, water power, geothermal energy, wind power, and sea breeze energy.

본 실시 예에 있어서, 발전기(1)가 자연 에너지의 일종인 풍력 에너지를 전기 에너지로 이루어지는 교류 전력으로 변환하여 출력하는 풍력 발전기인 경우에 한정하여 설명하도록 한다. 여기서, 풍력 발전기는, 한국등록특허 제10-1203008호(발명의 명칭: 풍력 발전 플랜트)에 개시된 풍력 발전 플랜트를 채용한 구조일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 자연에너지의 종류에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다. In the present embodiment, the description will be limited to the case where the generator 1 is a wind power generator that converts wind power energy, which is a kind of natural energy, into alternating current power made of electric energy and outputs the converted power. Here, the wind turbine generator may be a structure employing the wind turbine generator disclosed in Korean Patent No. 10-1203008 (entitled "Wind turbine power plant"). However, the present invention is not limited thereto and can be implemented in various forms depending on the type of natural energy.

이러한 발전기(1)는, 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 3상 교류 전압을 생성한다. 이처럼 발전기(1)에서 생성한 3상 교류 전압은 정전압 충전 장치(2)를 통해 정전압으로 가변 된다. The generator 1 converts wind energy into electric energy to generate a three-phase AC voltage. As described above, the three-phase alternating-current voltage generated by the generator 1 is changed to a constant voltage through the constant-voltage charging device 2.

그리고, 정전압 충전 장치(2)는, 발전기(1)로부터 생산된 3상 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 기능을 수행한다. The constant-voltage charging apparatus 2 performs a function of rectifying the three-phase alternating-current voltage produced from the generator 1 to a direct-current voltage.

또한, 정전압 충전 장치(2)는, 정류한 직류 전압을 정전압으로 변환하여 배터리(3)에 충전하는 기능을 수행한다. 여기서, 정전압은, 배터리(3)를 충전하기 위한 최소 전압값과 최대 전압값 중 최대 전압값으로 설정된다. The constant voltage charging device 2 also performs a function of charging the battery 3 by converting the rectified DC voltage into a constant voltage. Here, the constant voltage is set to the maximum voltage value among the minimum voltage value and the maximum voltage value for charging the battery 3.

본 실시 예에 있어서, 정전압 충전 장치(2)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 발전기(1)로부터 생산된 가변적인 교류 전력을 정전압으로 변환하여 전류값을 가변적으로 바꾸어 주어 배터리(3)를 충전하도록 제어하기 위해, 정류부(21), 전압측정부(22), 제어부(23)) 및 정전압출력부(24)를 포함하여 구성될 수 있다. 2, the constant-voltage charging device 2 converts variable AC power generated from the generator 1 into a constant voltage to variably change the current value, thereby to charge the battery 3 The voltage measuring unit 22, and the control unit 23) and the constant voltage output unit 24 in order to control the charging of the battery 10 to be charged.

이러한 정전압 충전 장치(2)의 구성을 통해 발전기(1)에서 가변적으로 생산되는 교류 전력을 정전압 형태로 변환할 수 있고, 생산된 전압이 높아질수록 전류를 상승하게 하여 배터리의 급속 충전이 가능하게 할 수 있다.Through the configuration of the constant voltage charging device 2, the AC power that is variably produced in the generator 1 can be converted into a constant voltage form, and the higher the produced voltage, the higher the current, .

먼저, 정류부(21)는, 발전기(1)에서 생산된 3상 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 정류부(21)는 AC-DC 컨버터와 같이 동작하며, 3상 교류를 정류하기 위한 3상 브리지 정류회로로 구현될 수 있다. 이때, 3상 브리지 정류회로는 3상 전파 정류를 수행할 수 있다.First, the rectifying section 21 performs a function of rectifying the three-phase AC power produced by the generator 1 to DC power. To this end, the rectifying part 21 operates as an AC-DC converter and can be implemented as a three-phase bridge rectifying circuit for rectifying three-phase alternating current. At this time, the three-phase bridge rectifier circuit can perform three-phase full wave rectification.

즉, 정류부(21)는 도 3에 도시된 바와 같이, D7, D9, D12에 의해 교류의 + 펄스를, D8, D10, D11에 의해 교류의 -펄스를 각각 합쳐서 3상 전파 정류를 얻는다. 이러한 과정을 통해, 정류부(21)는 3상 교류 전력을 직류 전력으로의 변환을 수행하게 된다.That is, the rectifying section 21 obtains a three-phase full wave rectification by adding + pulses of ac by D7, D9 and D12 and ac-pulses by D8, D10 and D11, respectively, as shown in Fig. Through this process, the rectifying unit 21 performs the conversion of the three-phase AC power into the DC power.

한편, 정류부(21)는 도시하지는 않았지만, 추가로 평활회로를 더 구비할 수 있다. 이로써, 정류부에 공급된 교류 전력은, 브리지 다이오드에서 전파 정류된 후, 평활화될 수 있다. On the other hand, although not shown, the rectifying unit 21 may further include a smoothing circuit. Thereby, the alternating-current power supplied to the rectifying section can be smoothed after full-wave rectification in the bridge diode.

그리고, 전압측정부(22)는 정류부(21)에서 정류된 직류 전력의 전압을 검출하는 기능을 수행한다. 정전압을 만들기 위해서는 정류된 직류 전력의 정확한 전압값을 측정해야 한다. 이러한 전압측정부(22)는 도 4에 도시된 바와 같이 전압 센서로 구현될 수 있으며, 전압 값만을 검출한다. The voltage measuring unit 22 performs a function of detecting the voltage of the DC power rectified by the rectifying unit 21. [ To produce a constant voltage, the correct voltage value of the rectified DC power must be measured. The voltage measuring unit 22 may be implemented as a voltage sensor as shown in FIG. 4, and detects only a voltage value.

즉, 전압측정부(22)는 정류된 직류 전력을 특정 비율로 나누어서 전압값을 측정한다. 예를 들어, 전압측정부(22)는, 500V의 직류 전압을 직접 측정하는 것은 위험하므로 변압기 등을 이용하여 1/100의 비율로 낮추어 5V의 전압 값을 만들고, 5V의 전압 값을 측정하여 센싱 값으로 출력한다. 센싱한 전압 값은 제어부(23)로 전달한다.That is, the voltage measuring unit 22 measures the voltage value by dividing the rectified DC power by a specific ratio. For example, since it is dangerous to directly measure a DC voltage of 500 V, the voltage measuring unit 22 lowers the voltage to 5 V using a transformer or the like at a ratio of 1/100 to measure a voltage value of 5 V, Value. The sensed voltage value is transmitted to the control unit 23.

그리고, 제어부(23)는, 전압측정부(22)에서 센싱한 전압 값에 대한 ADC(Analog-to-Digital Conversion)를 수행한다. 즉, 제어부(23)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸기 위해, 센싱한 전압 값을 "0"과 "1"의 2진 디지털 신호로 변환을 수행한다. Then, the controller 23 performs an analog-to-digital conversion (ADC) on the voltage value sensed by the voltage measuring unit 22. That is, the control unit 23 converts the sensed voltage value into binary digital signals of "0" and "1" in order to convert the analog signal into a digital signal.

이러한 제어부(23)는, 도 5에 도시된 바와 같이, AD(Analog-Digital) 컨버터 회로로 구현될 수 있으며 AD 컨버터의 출력 비트(bit) 수(분해능)에 따라 3-bit, 8-bit, 10-bit AD 컨버터를 선택할 수 있다. As shown in FIG. 5, the controller 23 may be implemented as an analog-to-digital (AD) converter circuit. The controller 23 may include 3-bit, 8-bit, A 10-bit AD converter can be selected.

제어부(23)의 동작을 구체적으로 설명하면, 센싱한 전압 값을 일정한 시간 간격으로 측정하는 샘플링(sampling)을 수행한 다음, 샘플링에 의해 측정한 전압 값을 AD 컨버터의 비트 수에 따라 양자화한 후 부호화를 통해 디지털 값으로의 연산을 수행한다. 이러한 과정을 통해 제어부(23)에서 센싱된 아날로그의 전압 값이 디지털 값으로 계산되고, 계산된 디지털 값은 정전압출력부(24)로 전달된다. 즉, 현재 얼마의 전압이 흐르는지에 대한 전압 값이 제어부(23)에서 디지털 신호로 계산된 후 정전압출력부(24)에 전달되는 것이다. The operation of the control unit 23 will be described in more detail. After sampling the sensed voltage value at a predetermined time interval, the voltage value measured by sampling is quantized according to the number of bits of the AD converter And performs an operation with a digital value through encoding. Through this process, the voltage value of the analog sensed by the control unit 23 is calculated as a digital value, and the calculated digital value is transmitted to the constant voltage output unit 24. That is, the voltage value of the current voltage is calculated by the control unit 23 as a digital signal and then transmitted to the constant voltage output unit 24.

또한, 제어부(23)는, 계산된 디지털 신호를 정전압출력부(24)에 전달할 때, 듀티비 설정값을 함께 전달한다. 여기서, 듀티비(duty cycle)는, PWM(Pulse Width Modulation) 방식에서 전압의 펄스 폭을 변화시켜 전압을 가변하기 위한 값으로, 펄스 파형의 한 주기(전류가 흐른 시간+전류가 흐르지 않은 시간)에 대한 전류가 흐른 시간의 비를 말한다.The control unit 23 also transmits the duty ratio set value when the calculated digital signal is transmitted to the constant voltage output unit 24. [ Here, the duty cycle is a value for varying the voltage by changing the pulse width of the voltage in the PWM (Pulse Width Modulation) method, and is a period of one pulse waveform (time during which current flows + time during which no current flows) Is the ratio of the time that the current flows to the electrode.

예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 펄스파로 10V 전압을 공급하는 경우, 듀티비가 10%이면, 1V로 가변되고, 듀티비가 30%이면, 3V로 가변된다. For example, as shown in FIG. 6, when a 10V voltage is supplied by a pulse wave, the duty ratio is variable to 1V if the duty ratio is 10%, and variable to 3V when the duty ratio is 30%.

즉, 제어부(23)는, 발전기(1)로부터 생산된 전압 값을 배터리(3)의 충전 전압으로 가변하기 위한 듀티비를 설정하고, 설정한 듀티비를 계산된 디지털 신호와 함께 정전압출력부(24)로 전달한다. That is, the control unit 23 sets the duty ratio for varying the voltage value produced by the generator 1 to the charging voltage of the battery 3, and outputs the set duty ratio together with the calculated digital signal to the constant voltage output unit 24).

예를 들어, 제어부(23)는, 발전기(1)에서 100V가 생산되었고, 배터리(3)의 충전 전압이 10V인 경우, 듀티비를 10%로 조절하면 실제 100V가 10V로 가변되어 전압을 버리는 일 없이 배터리를 충전할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 제어부(23)는, 발전기(1)에서 20V가 생산되었다면, 듀티비를 50%로 조절하여 실제 20V를 10V의 충전 전압으로 만들 수 있다. For example, when the generator 1 generates 100 V and the charging voltage of the battery 3 is 10 V, when the duty ratio is adjusted to 10%, the controller 23 varies the actual 100 V to 10 V, The battery can be charged without any work. For example, if 20V is produced in the generator 1, the control unit 23 can adjust the duty ratio to 50% to make the actual 20V a charging voltage of 10V.

따라서 제어부(23)는 발전기(1)에서 생산된 전압에 따라 배터리 충전 전압으로 가변하기 위한 듀티비의 설정값을 계산하여 정전압출력부(24)로 전달한다. Accordingly, the control unit 23 calculates a set value of the duty ratio for varying the battery charging voltage according to the voltage generated by the generator 1, and transmits the calculated set value to the constant voltage output unit 24.

그리고, 정전압출력부(24)는, 전달된 듀티비 설정값에 따라 정류된 전압 값을 정전압으로 가변하는 기능을 수행하고, 배터리(3)에 접속되어 정전압의 전력을 배터리(3)에 충전하도록 구성된다. 이때, 정전압출력부(24)는, 직류 전력을 정전압의 직류 전류로 변환하여 출력한다.The constant voltage output unit 24 performs a function of varying the voltage value rectified in accordance with the duty ratio set value transferred to the constant voltage and is connected to the battery 3 to charge the battery 3 with the constant voltage . At this time, the constant voltage output section 24 converts the direct current power into a direct current of a constant voltage and outputs it.

이러한 정전압출력부(24)는 도 7에 도시된 바와 같이, MOSFET과 BJT 특성을 합쳐 놓은 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 회로로 구현될 수 있으며 고속으로 스위칭을 수행할 수 있다. As shown in FIG. 7, the constant voltage output unit 24 can be implemented as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Mode Transistor) circuit in which MOSFETs and BJT characteristics are combined, and can perform switching at a high speed.

예를 들어, 정전압출력부(24)는, 발전기(1)에서 100V가 생산되고, 배터리의 충전 전압이 10V이며 듀티비 설정값이 10%이면, 듀티비 설정값에 따라 실제 100V가 10V로 가변되고, 이로써 전압을 버리는 일 없이 배터리를 충전할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 정전압출력부(24)는, 발전기(1)에서 20V가 생산되고, 배터리의 충전 전압이 10V이며 듀티비 설정값이 50%이면, 듀티비 설정값에 따라 실제 20V가 10V로 가변되어 배터리를 충전할 수 있다.For example, in the constant voltage output section 24, 100V is produced in the generator 1, and when the charging voltage of the battery is 10V and the duty ratio set value is 10%, the actual 100V varies to 10V according to the duty ratio set value Whereby the battery can be charged without discarding the voltage. For example, if the generator 1 generates 20V, the charging voltage of the battery is 10V, and the duty ratio is 50%, the constant voltage output unit 24 may output 10V So that the battery can be charged.

기존의 과전압 충전 방식과 비교하면, 배터리의 충전 전압이 10V이면 대략 15V 정도로 충전을 수행하겠지만 15V 이상의 전압을 그냥 버리게 되지만, 본 발명에 따르면, 듀티비를 조절하여 실제 100V를 배터리 충전 전압인 10V로 가변할 수 있어, 생산된 전압을 버리는 일 없이 충전 전압으로써 배터리를 충전할 수 있다.Compared with the conventional overvoltage charging method, if the charging voltage of the battery is 10V, the charging will be performed at about 15V, but the voltage of 15V or more will be discarded. However, according to the present invention, So that the battery can be charged with the charging voltage without discarding the produced voltage.

따라서, 풍력 발전기와 같이 생산되는 전압이 풍속에 따라 가변적으로 변하게 될 경우, 생산된 전압에 따라 듀티비를 조절함으로써 원하는 충전 전압으로 만들 수 있다. Accordingly, when the voltage generated by the wind turbine is varied in accordance with the wind speed, the desired charge voltage can be obtained by adjusting the duty ratio according to the produced voltage.

그리고, 배터리(3)는, 정전압 충전 장치(2)에서 가변된 정전압을 충전하는 축전 수단이다. The battery 3 is a storage means for charging a constant voltage variable in the constant voltage charging device 2. [

그리고, BMS(4)는, 배터리(30)의 충전 및 방전과 관련하여 밸런싱을 제어한다.Then, the BMS 4 controls the balancing in relation to the charging and discharging of the battery 30.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 큰 풍력에 의해 발전기에서 생산된 전압이 배터리 충전 전압의 최대값 이상이라고 판단되었을 때, 배터리 충전 전압의 최대값 이상의 높은 전압을 배터리의 충전 전압의 최대값이 되도록 가변함으로써 배터리에 인가되는 충전 전압이 일정한 전압값으로 유지되고, 충전 전류가 상승하여 배터리로의 급속 충전이 행해진다.As described above, according to the present invention, when it is determined that the voltage generated by the generator is larger than the maximum value of the battery charging voltage, the high voltage exceeding the maximum value of the battery charging voltage is changed to the maximum value of the charging voltage of the battery The charging voltage applied to the battery is maintained at a constant voltage value, and the charging current rises, so that rapid charging to the battery is performed.

또한, 본 발명에 따르면, 큰 자연 에너지에 의해 발전기에서 생산된 전압이배터리 충전 전압의 최대값 이상일 때, 배터리 충전 전압의 최대값 이상의 높은 전압을 배터리의 충전 전압의 최대값이 되도록 가변함으로써 배터리에 인가되는 충전 전압이 일정한 전압값으로 유지되고, 충전 전류가 상승하여 배터리로의 급속 충전이 행해진다. 이에 따라 자연 에너지가 증감함으로써 발전기에서 생산되는 전압이 크게 변화하는 경우에도 배터리로의 충전 전압을 일정한 전압값으로 유지할 수 있다. 이 결과, 풍력이 약한 지역에서도 확실하게 배터리의 충전이 행해지기 때문에 높은 신뢰성으로 운전할 수 있다.
According to the present invention, when the voltage generated by the generator due to large natural energy is equal to or greater than the maximum value of the battery charging voltage, The applied charge voltage is maintained at a constant voltage value, the charge current rises, and rapid charging to the battery is performed. As a result, the charging voltage to the battery can be maintained at a constant voltage value even when the voltage generated by the generator changes greatly due to the increase or decrease of the natural energy. As a result, since the battery is reliably charged even in a region where the wind power is weak, the operation can be performed with high reliability.

도 8은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 정전압 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 여기서, 본 발명에 따른 정전압 충전 방법은 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 정전압 충전 장치에 의해 수행될 수 있다.8 is a flowchart for explaining a constant voltage charging method according to one embodiment of the present invention. Here, the constant voltage charging method according to the present invention can be performed by the constant voltage charging apparatus described with reference to FIGS. 1 to 7.

도 8을 참조하면, 발전기가, 다양한 자연에너지를 이용하여 교류 전력을 발생시킨다(S801). 예를 들어, 발전기가, 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 3상 교류 전압을 생성할 수 있다.Referring to FIG. 8, the generator generates AC power using various natural energies (S801). For example, a generator can convert wind energy into electrical energy to produce a three-phase alternating voltage.

그러면, 정전압 충전 장치의 정류부가, 발전기에서 생산된 3상 교류 전력을 직류 전력으로 정류를 수행한다(S802). Then, the rectifying part of the constant voltage charging device rectifies the three-phase AC power generated by the generator to DC power (S802).

이어서, 정전압 충전 장치의 전압측정부가, 정류된 직류 전력의 전압을 검출한다(S803). 이때, 전압측정부는 정류된 직류 전력을 특정 비율로 나누어서 전압값을 측정한다. 예를 들어, 전압측정부는, 500V의 직류 전압을 변압기 등을 이용하여 1/100의 비율로 낮추어 5V의 전압 값을 만들고, 5V의 전압 값을 측정하여 센싱 값으로 출력한다. 센싱한 전압 값은 제어부로 전달한다.Subsequently, the voltage measuring unit of the constant-voltage charging apparatus detects the voltage of rectified DC power (S803). At this time, the voltage measuring unit measures the voltage value by dividing the rectified DC power by a specific ratio. For example, the voltage measuring unit lowers a DC voltage of 500 V by a factor of 1/100 using a transformer or the like to make a voltage value of 5 V, measures a voltage value of 5 V, and outputs the voltage value as a sensing value. The sensed voltage value is transmitted to the control unit.

그런 다음, 정전압 충전 장치의 제어부가, 전압측정부에서 센싱한 전압 값에 대한 ADC(Analog-to-Digital Conversion)를 수행한 후, 변환된 디지털 신호를 이용해 듀티비를 설정한다(S804). 이때, 제어부는, 센싱한 전압 값을 일정한 시간 간격으로 측정하는 샘플링(sampling)을 수행한 다음, 샘플링에 의해 측정한 전압 값을 AD 컨버터의 비트 수에 따라 양자화한 후 부호화를 통해 디지털 값으로의 연산을 수행한다. 이러한 과정을 통해 제어부(23)에서 센싱된 아날로그의 전압 값이 디지털 값으로 계산되고, 계산된 디지털 값을 이용해 듀티비를 설정하기 위한 연산을 수행한다. 그 결과, 제어부는, 현재 얼마의 전압이 흐르는지에 대한 전압 값과 듀티비 설정값을 정전압출력부로 전달한다. Then, the control unit of the constant-voltage charging apparatus performs ADC (Analog-to-Digital Conversion) with respect to the voltage value sensed by the voltage measuring unit, and sets a duty ratio using the converted digital signal (S804). At this time, the controller performs sampling to measure the sensed voltage value at a predetermined time interval, quantizes the voltage value measured by sampling according to the number of bits of the AD converter, and then quantizes the voltage value as a digital value . Through this process, the voltage value of the analog sensed by the control unit 23 is calculated as a digital value, and an operation for setting a duty ratio is performed using the calculated digital value. As a result, the control unit transmits the voltage value and the duty ratio set value to the constant voltage output unit as to what voltage is currently flowing.

그러면, 정전압 충전 장치의 정전압출력부가, 전달된 듀티비 설정값에 따라 정류된 전압 값을 정전압으로 가변을 수행한다(S805).Then, the constant-voltage output unit of the constant-voltage charging apparatus changes the voltage value rectified in accordance with the duty ratio set value to the constant voltage (S805).

그런 다음, 정전압출력부가, 정전압의 전력을 배터리에 충전을 수행한다(S806).
Then, the constant-voltage output unit charges the battery with the constant-voltage power (S806).

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들을 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다. The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

1. 발전기 2. 정전압 충전 장치
3. 배터리 21. 정류부
22. 전압측정부 23. 제어부
24. 정전압출력부1. Generator 2. Constant Voltage Charging Device
3. Battery 21. Rectifier
22. Voltage measuring unit 23. Control unit
24. Constant voltage output section

Claims (8)

발전기로부터 생산된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류부;
정류된 직류 전압의 전압값을 측정하는 전압측정부;
측정된 전압값에 대한 ADC(Analog-to-Digital Conversion)를 수행하고, 변환된 디지털 값을 이용해 정류된 직류 전압을 미리 설정된 정전압으로 변환하기 위한 듀티비(Duty cycle)를 설정하는 제어부; 및
설정된 듀티비에 따라 정류된 직류 전압을 미리 설정된 정전압으로 변환하고, 변환된 정전압을 배터리에 인가하는 정전압출력부;를 포함하는 정전압 충전 장치.A rectifier for converting an AC voltage generated from the generator into a DC voltage;
A voltage measuring unit for measuring a voltage value of the rectified DC voltage;
A controller for performing an ADC (Analog-to-Digital Conversion) on the measured voltage value and setting a duty cycle for converting the rectified DC voltage to a predetermined constant voltage using the converted digital value; And
And a constant voltage output unit that converts the rectified DC voltage according to a duty ratio set to a preset constant voltage and applies the converted constant voltage to the battery. 제1항에 있어서,
상기 발전기로부터 생산된 교류 전압은 3상 교류 전압이며,
상기 정류부는, 3상 브리지 정류회로를 구비한 AC-DC 컨버터인 것을 특징으로 하는 정전압 충전 장치.The method according to claim 1,
The alternating voltage produced by the generator is a three-phase alternating voltage,
Wherein the rectifying unit is an AC-DC converter having a three-phase bridge rectifying circuit. 제1항에 있어서,
상기 전압측정부는, 정류된 직류 전압을 미리 설정된 비율에 따라 변압하고, 변압된 전압값을 측정하는 것을 특징으로 하는 정전압 충전 장치.The method according to claim 1,
Wherein the voltage measuring unit transforms the rectified DC voltage according to a preset ratio and measures the voltage value that has been transformed. 제1항에 있어서,
상기 미리 설정된 정전압은, 상기 배터리를 충전하기 위한 최대 전압값이며,
상기 제어부는, 상기 정류된 직류 전압을 상기 미리 설정된 정전압이 되도록 듀티비를 설정하는 것을 특징으로 하는 정전압 충전 장치.The method according to claim 1,
The predetermined constant voltage is a maximum voltage value for charging the battery,
Wherein the control unit sets the duty ratio so that the rectified DC voltage becomes the predetermined constant voltage. 제1항에 있어서,
상기 정전압출력부는, 정류된 직류 전압을 설정된 듀티비에 따라 PWM(Pulse Width Modulation)을 수행하여 미리 설정된 정전압으로 변환하는 것을 특징으로 하는 정전압 충전 장치.The method according to claim 1,
Wherein the constant voltage output unit performs PWM (Pulse Width Modulation) according to the duty ratio to convert the rectified DC voltage to a preset constant voltage. 발전기에서 생산된 3상 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 단계;
정류된 직류 전압의 전압값을 측정하는 단계;
측정한 전압값에 대한 ADC(Analog-to-Digital Conversion)를 수행한 후, 변환된 디지털 값을 이용해 정류된 직류 전압을 미리 설정된 정전압으로 변환하기 위한 듀티비(Duty cycle)를 설정하는 단계;
설정된 듀티비에 따라 정류된 직류 전압에 대해 PWM(Pulse Width Modulation)을 수행하여 미리 설정된 정전압으로 변환하는 단계; 및
변환된 정전압을 배터리에 충전하는 단계;를 포함하는 정전압 충전 방법. Rectifying the three-phase AC voltage generated by the generator to a DC voltage;
Measuring a voltage value of the rectified DC voltage;
Performing an ADC (Analog-to-Digital Conversion) on the measured voltage value, and then setting a duty cycle for converting the rectified DC voltage to a preset constant voltage using the converted digital value;
Performing PWM (Pulse Width Modulation) on the rectified DC voltage according to the set duty ratio to convert the rectified DC voltage into a predetermined constant voltage; And
And charging the converted constant voltage into the battery. 제6항에 있어서,
상기 정류된 직류 전압의 전압값을 측정하는 단계는, 정류된 직류 전압을 미리 설정된 비율에 따라 변압하고, 변압된 전압값을 측정하는 단계인 것을 특징으로 하는 정전압 충전 방법.The method according to claim 6,
Wherein the step of measuring the voltage value of the rectified DC voltage is a step of transforming the rectified DC voltage according to a predetermined ratio and measuring the voltage value of the transformed voltage. 제6항에 있어서,
상기 미리 설정된 정전압은, 상기 배터리를 충전하기 위한 최대 전압값인 것을 특징으로 하는 정전압 충전 방법.The method according to claim 6,
Wherein the predetermined constant voltage is a maximum voltage value for charging the battery.
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