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特表2023-543223ドループ制御を用いた電力分配装置及び方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-13

(54)【発明の名称】ドループ制御を用いた電力分配装置及び方法

(51)【国際特許分類】

H02J 7/00 20060101AFI20231005BHJP

H02J 7/02 20160101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 L

H02J7/02 J

H02J7/00 302C

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023518864

(86)(22)【出願日】2022-05-19

(85)【翻訳文提出日】2023-03-23

(86)【国際出願番号】 KR2022007166

(87)【国際公開番号】W WO2022270769

(87)【国際公開日】2022-12-29

(31)【優先権主張番号】10-2021-0081702

(32)【優先日】2021-06-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジーエナジーソリューションリミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広信哉

(72)【発明者】

【氏名】ジョンチョル・キム

(72)【発明者】

【氏名】ヒュンギル・ジョ

(72)【発明者】

【氏名】インホ・ジュン

【テーマコード（参考）】

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA04

5G503BB01

5G503GB03

5G503GB06

(57)【要約】

本発明の実施例に係る電力分配装置は、電池と電力変換システム（Power Conversion System；ＰＣＳ）との間でＤＣ－ＤＣ変換を行うコンバータ；及び各電池の状態に応じてコンバータの出力制御に関連するドループ曲線を設定する中央コントローラを含み、コンバータは、中央コントローラによって設定されたドループ曲線関連情報を受信して保存し、充放電動作の開始によるＰＣＳとコンバータとの間のＤＣリンクの電圧変化を感知し、感知されたＤＣリンク電圧値及びドループ曲線に応じてコンバータの出力を制御することができる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池と電力変換システム（Power Conversion System；ＰＣＳ）との間でＤＣ－ＤＣ変換を行うコンバータと、
各電池の状態に応じて前記コンバータの出力制御に関連するドループ曲線を設定する中央コントローラと
を含み、
前記コンバータは、前記中央コントローラによって設定されたドループ曲線関連情報を受信して保存し、充放電動作の開始による前記ＰＣＳと前記コンバータとの間のＤＣリンクの電圧変化を感知し、感知されたＤＣリンク電圧値及び前記ドループ曲線に応じて前記コンバータの出力を制御する、電力分配装置。

【請求項2】

前記ドループ曲線は、前記ＤＣリンクの電圧に対する前記コンバータの出力電力の関係を示す、請求項１に記載の電力分配装置。

【請求項3】

前記コンバータは、
前記ドループ曲線で前記ＤＣリンク電圧値にマッチする出力電力値を導出して、前記コンバータの出力リファレンスに設定する、請求項１に記載の電力分配装置。

【請求項4】

前記ドループ曲線は、一定の範囲のＤＣリンク電圧に対して充電又は放電が行われない区間であるデッドバンドを含む、請求項１に記載の電力分配装置。

【請求項5】

前記ＰＣＳと接続された複数のコンバータの出力の合計が前記ＰＣＳの電力値と一致するＤＣリンク電圧で充電又は放電が完了してバランスが維持される、請求項１に記載の電力分配装置。

【請求項6】

各電池に対するドループ曲線の傾きは、当該電池の状態に応じて設定され、前記ドループ曲線は、充電限界電力及び放電限界電力に関する情報を含む、請求項１に記載の電力分配装置。

【請求項7】

電池と電力変換システム（Power Conversion System；ＰＣＳ）との間でＤＣ－ＤＣ変換を行うコンバータによって行われる電力分配方法であって、
複数の電池の状態を管理する中央コントローラから前記コンバータの出力制御に関連するドループ曲線の情報を受信して保存するステップと、
前記ＰＣＳと前記コンバータとの間のＤＣリンクの電圧変化を感知するステップと、
感知されたＤＣリンク電圧値及び前記ドループ曲線に応じて前記コンバータの出力を制御して、前記複数の電池に対する放電又は充電を行うステップと
を含む、電力分配方法。

【請求項8】

前記ドループ曲線は、前記ＤＣリンクの電圧に対する前記コンバータの出力電力の関係を示す、請求項７に記載の電力分配方法。

【請求項9】

前記ドループ曲線で前記ＤＣリンク電圧値にマッチする出力電力値が、前記コンバータの出力リファレンスに設定される、請求項７に記載の電力分配方法。

【請求項10】

前記ドループ曲線は、一定の範囲のＤＣリンク電圧に対して充電又は放電が行われない区間であるデッドバンドを含む、請求項７に記載の電力分配方法。

【請求項11】

前記ＰＣＳと接続された複数のコンバータの出力の合計が前記ＰＣＳの電力値と一致するＤＣリンク電圧で充電又は放電が完了してバランスが維持される、請求項７に記載の電力分配方法。

【請求項12】

各電池に対するドループ曲線の傾きは、当該電池の状態に応じて設定され、前記ドループ曲線は、充電限界電力及び放電限界電力に関する情報を含む、請求項７に記載の電力分配方法。

【請求項13】

前記複数の電池に対する前記充電又は放電を行うステップは、
前記ＤＣリンク電圧値を用いてドループ曲線から出力リファレンスを算出するステップと、
前記出力リファレンスに応じて前記コンバータの出力を制御するステップと、
ＤＣリンク電圧がバランスに達した場合、前記充電又は放電を終了するステップを含む、請求項７に記載の電力分配方法。

【請求項14】

電池と電力変換システム（Power Conversion System；ＰＣＳ）との間でＤＣ－ＤＣ変換を行うコンバータであって、
前記コンバータの出力制御に関連するドループ曲線の情報を保存するメモリと、
前記ＰＣＳと前記コンバータとの間のＤＣリンクの電圧変化を感知し、感知されたＤＣリンク電圧値及び前記ドループ曲線に応じて前記コンバータの出力を制御するプロセッサを含む、コンバータ。

【請求項15】

前記ドループ曲線は、前記ＤＣリンクの電圧に対する前記コンバータの出力電力の関係を示す、請求項１４に記載のコンバータ。

【請求項16】

前記ドループ曲線で前記ＤＣリンク電圧値にマッチする出力電力値を導出して、前記コンバータの出力リファレンスに設定する、請求項１４に記載のコンバータ。

【請求項17】

前記ドループ曲線は、一定の範囲のＤＣリンク電圧に対して充電又は放電が行われない区間であるデッドバンドを含む、請求項１４に記載のコンバータ。

【請求項18】

前記ＰＣＳと接続された複数のコンバータの出力の合計が前記ＰＣＳの電力値と一致するＤＣリンク電圧で充電又は放電が完了してバランスが維持される、請求項１４に記載のコンバータ。

【請求項19】

各電池に対するドループ曲線の傾きは、当該電池の状態に応じて設定され、前記ドループ曲線は、充電限界電力及び放電限界電力に関する情報を含む、請求項１４に記載のコンバータ。

【請求項20】

複数の電池ラックと、
各電池ラックと連動してＤＣ－ＤＣ変換を行う複数のコンバータと、
前記複数のコンバータ及びグリッドと接続される電力変換システム（Power Conversion System；ＰＣＳ）と、
各電池の状態に応じて前記コンバータの出力制御に関連するドループ曲線を設定する電池セクションコントローラ（ＢＳＣ）と
を含み、
前記コンバータは、前記ＢＳＣによって設定されたドループ曲線関連情報を受信して保存し、充放電動作の開始による前記ＰＣＳと前記コンバータとの間のＤＣリンクの電圧変化を感知し、感知されたＤＣリンク電圧値及び前記ドループ曲線に応じて前記コンバータの出力を制御する、エネルギー貯蔵システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２１年６月２３日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０－２０２１－００８１７０２号の出願日の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された内容の全ては、本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は、電力分配装置及び方法に関し、より具体的には、ドループ曲線を用いてＤＣ－ＤＣコンバータの出力を制御する電力分配装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0003】

エネルギー貯蔵システム（Energy Storage System；ＥＳＳ）は、再生可能エネルギー、電力を貯蔵した電池、そして既存の系統電力を連携させるシステムである。近年、スマートグリッド（smart grid）と再生可能エネルギーの普及が広がっており、電力系統の効率化と安定性が重要視されることに伴って、電力供給及び需要の調節、及び電力品質の向上のために、エネルギー貯蔵システムに対する需要がますます増加しつつある。使用の目的によって、エネルギー貯蔵システムは、出力と容量が変わる。大容量エネルギー貯蔵システムを構成するために、複数の電池システムが互いに接続され得る。

【0004】

エネルギー貯蔵システムは、多数の電池から構成された電池セクション（Battery Section）、電池管理のためのＢＭＳ（Battery Management System）、電力変換シス
テム（Power Conversion System；ＰＣＳ）、エネルギー管理システム（Energy Management System；ＥＭＳ）、ＤＣ－ＤＣコンバータなどを含むことができる。一方、複数の電池に対して複数のＤＣ－ＤＣコンバータを使用するＥＳＳシステムでは、各電池の状態を考慮してＤＣ－ＤＣコンバータに対する出力の制御が必要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のような問題点を解決するための本発明の目的は、ドループ曲線を用いて出力を制御するＤＣ-ＤＣコンバータ及びドループ曲線を設定して提供する中央コントローラを含む電力分配装置を提供することにある。

【0006】

上記のような問題点を解決するための本発明の別の目的は、電力分配装置によって行われる電力分配方法を提供することにある。

【0007】

上記のような問題点を解決するための本発明のまた別の目的は、事前設定され、保存されたドループ曲線を用いて出力を制御するＤＣ－ＤＣコンバータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するための本発明の一実施例に係る電力分配装置は、電池と電力変換システム（Power Conversion System；ＰＣＳ）との間でＤＣ－ＤＣ変換を行うコンバータと、及び各電池の状態に応じてコンバータの出力制御に関連するドループ曲線を設定する中央コントローラとを含み、上記コンバータは、上記中央コントローラによって設定されたドループ曲線関連情報を受信して保存し、充放電動作の開始による上記ＰＣＳと上記コンバータとの間のＤＣリンクの電圧変化を感知し、上記感知されたＤＣリンク電圧値及び上記ドループ曲線に応じて上記コンバータの出力を制御することができる。

【0009】

上記ドループ曲線は、上記ＤＣリンクの電圧に対する上記コンバータの出力電力の関係を示すことができる。

【0010】

上記コンバータは、上記ドループ曲線で上記ＤＣリンク電圧値にマッチする出力電力値を導出して、上記コンバータの出力リファレンスに設定することができる。

【0011】

上記ドループ曲線は、一定の範囲のＤＣリンク電圧に対して充電又は放電が行われない区間であるデッドバンドを含むことができる。

【0012】

上記ＰＣＳと接続された複数のコンバータの出力の合計が上記ＰＣＳの電力値と一致するＤＣリンク電圧で充電又は放電が完了してバランスが維持され得る。

【0013】

各電池に対するドループ曲線の傾きは、当該電池の状態に応じて設定され、上記ドループ曲線は、充電限界電力及び放電限界電力に関する情報を含むことができる。

【0014】

上記別の目的を達成するための本発明の実施例に係る電力分配方法は、電池と電力変換システム（Power Conversion System；ＰＣＳ）との間でＤＣ－ＤＣ変換を行うコンバータによって行われることができ、複数の電池の状態を管理する中央コントローラから上記コンバータの出力制御に関連するドループ曲線情報を受信して保存するステップと、上記ＰＣＳと上記コンバータとの間のＤＣリンクの電圧変化を感知するステップと、上記感知されたＤＣリンク電圧値及び上記ドループ曲線に応じて上記コンバータの出力を制御して、上記複数の電池に対する放電又は充電を行うステップとを含むことができる。

【0015】

上記ドループ曲線は、上記ＤＣリンクの電圧に対する上記コンバータの出力電力の関係を示すことができる。

【0016】

上記ドループ曲線で上記ＤＣリンク電圧値にマッチする出力電力値が、上記コンバータの出力リファレンスに設定され得る。

【0017】

上記ドループ曲線は、一定の範囲のＤＣリンク電圧に対して充電又は放電が行われない区間であるデッドバンドを含むことができる。

【0018】

【0019】

【0020】

上記複数の電池に対する上記充電又は放電を行うステップは、上記ＤＣリンク電圧値を用いてドループ曲線から出力リファレンスを算出するステップと、上記出力リファレンスに応じて上記コンバータの出力を制御するステップと、ＤＣリンク電圧がバランスに達した場合、上記充電又は放電を終了するステップを含むことができる。

【0021】

本発明のまた別の目的を達成するための本発明の実施例に係るコンバータは、電池と電力変換システム（Power Conversion System；ＰＣＳ）との間でＤＣ－ＤＣ変換を行い、上記コンバータの出力制御に関連するドループ曲線情報を保存するメモリと、上記ＰＣＳと上記コンバータとの間のＤＣリンクの電圧変化を感知し、上記感知されたＤＣリンク電圧値及び上記ドループ曲線に応じて上記コンバータの出力を制御するプロセッサとを含むことができる。

【0022】

上記ドループ曲線は、上記ＤＣリンクの電圧に対する上記コンバータの出力電力の関係を示すことができる。

【0023】

【0024】

上記ドループ曲線は、一定の範囲のＤＣリンク電圧に対して充電又は放電が行われない区間であるデッドバンドを含むことができる。

【0025】

【0026】

【発明の効果】

【0027】

上記のような本発明の実施例によれば、汎用のＰＣＳ（及びインバータ）を使用しながらも、ＤＣ－ＤＣコンバータが既に保存されたドループ曲線を用いて出力リファレンス値を速かに算出することで、ＥＳＳシステムの安定した運営が可能である。

【0028】

また、個別の電池の状態に応じて電池を効率的に運用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明が適用され得るエネルギー貯蔵システムのブロック図である。

【図2a】本発明の一実施例によってＤＣ－ＤＣコンバータの出力制御に使用されるドループ曲線でのスロープ制御の概念を示すグラフである。

【図2b】本発明の一実施例によってＤＣ－ＤＣコンバータの出力制御に使用されるドループ曲線でのデッドバンドの概念を示すグラフである。

【図3】本発明の一実施例によってＤＣ－ＤＣコンバータの出力制御に使用されるドループ曲線をより詳しく示すグラフである。

【図4a】本発明の実施例によって複数のＤＣ－ＤＣコンバータに適用される複数のドループ曲線を示すグラフである。

【図4b】本発明の実施例によって複数のＤＣ－ＤＣコンバータに互いに異なるドループ曲線が適用される場合の各電池に対する充電の流れを概念的に示すグラフである。

【図5】本発明に係る電池とグリッドとの間の充電及び放電の流れを示す概念図である。

【図6】本発明に係る充電プロセスでのＤＣリンク電圧、ＰＣＳ及びＤＣ－ＤＣコンバータのパワーリファレンスを示すグラフである。

【図7】本発明に係る放電プロセスでのＤＣリンク電圧、ＰＣＳ及びＤＣ－ＤＣコンバータのパワーリファレンスを示すグラフである。

【図8】本発明に係る充電プロセスで複数のＤＣ－ＤＣコンバータの出力リファレンスの計算過程を説明するためのグラフである。

【図9】本発明に係る放電プロセスで複数のＤＣ－ＤＣコンバータの出力リファレンスの計算過程を説明するためのグラフである。

【図10】本発明に係る充放電プロセスで複数のＤＣ－ＤＣコンバータのドループ曲線傾きの計算過程を説明するためのグラフである。

【図11】本発明の実施例に係る電力分配方法の動作フローを示す。

【発明を実施するための形態】

【0030】

本発明は、種々の変更を加えることができ、様々な実施例を有し得るため、特定の実施例を図面に例示し、詳細な説明で詳しく説明する。しかし、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするのではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解されたい。各図面を説明しながら類似の参照符号を類似の構成要素に対して使用している。

【0031】

第１、第２、Ａ、Ｂなどの用語は、多様な構成要素を説明するのに使用され得るが、構成要素は、これらの用語によって限定されるものではない。上記の用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱することなく、第１の構成要素は第２の構成要素と命名されてよく、同様に第２の構成要素も第１の構成要素と命名されてよい。「及び／又は」という用語は、複数の関連して記載された項目の組合わせ又は複数の関連して記載された項目のうちのある項目を含む。

【0032】

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるとか「接続されて」いると言及されたときには、当該他の構成要素に直接的に連結されているか又は接続されていることもあるが、中間に他の構成要素が存在することもできると理解されたい。これに対し、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるとか「直接接続されて」いると言及されたときには、中間に他の構成要素が存在しないことと理解されたい。

【0033】

本明細書で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味でない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」などの用語は、明細書に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものなどの存在又は付加可能性をあらかじめ排除しないことと理解されたい。

【0034】

別に定義されない限り、技術的又は科学的な用語を含め、ここで使用されるすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有している。一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書において明白に定義しない限り、理想的であるか過度に形式的な意味としては解釈されない。

【0035】

以下、本発明に係る好ましい実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。

【0036】

図１は、本発明が適用され得るエネルギー貯蔵システムのブロック図である。

【0037】

エネルギー貯蔵システムで電力を貯蔵する役割を果たす電池は、通常、複数の電池モジュール（Battery Module）が電池ラック（Rack）を構成し、複数の電池ラックが電池バンク（Battery Bank）を構成する形態で実現され得る。ここで、電池が使用される装置又はシステムによって、電池ラックは電池パック（pack）と呼ばれることもできる。図１に示す電池＃１、電池＃２、…、電池＃Ｎは、電池パック又は電池ラックの形態であってよい。

【0038】

このとき、各電池には電池管理システム（Battery Management System；ＢＭＳ）１００が設けられてよい。ＢＭＳ１００は、管理する各電池パック（又はラック）の電流、電圧及び温度をモニタリングし、モニタリングの結果に基づいてＳＯＣ（Status Of Charge）を算出して充放電を制御する役割を果たすことができる。

【0039】

多数の電池及び周辺回路、装置などを含んで構成された電池セクションのそれぞれには、電池セクションコントローラ（Battery Section Controller；ＢＳＣ）２００が設けられて、電圧、電流、温度、遮断器などのような制御の対象をモニタリングして制御することができる。

【0040】

また、電池セクション毎に設けられた電力変換システム（Power Conversion System；ＰＣＳ）４００は、外部から供給される電力と電池セクションから外部へ供給する電力を制御して、電池の充放電を制御し、ＤＣ／ＡＣインバータを含むことができる。また、ＤＣ－ＤＣコンバータ５００の出力がＰＣＳ４００と接続されることができ、ＰＣＳ４００は、グリッド６００と接続され得る。ＰＣＳ４００は、通常、定電力（Constant Power）モードで動作する。ＰＣＳと接続された電力管理システム（Power Management System；ＰＭＳ）３００は、ＢＭＳ又はＢＳＣのモニタリング及び制御結果に基づいて、ＰＣＳの出力を制御することができる。

【0041】

図１のエネルギー貯蔵システムにおいて、電池＃１は、ＤＣ－ＤＣコンバータ＃1と接続され、電池＃２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ＃２と接続され、電池＃Ｎは、ＤＣ－ＤＣ＃Ｎと接続される。各電池に対応するＤＣ－ＤＣコンバータの出力は、ＤＣリンクを通じてＰＣＳ４００と接続される。

【0042】

ＤＣ－ＤＣコンバータは、双方向コンバータであってよく、電池から負荷の方向に変換が行われるとき、ＤＣ－ＤＣコンバータの入力は電池（電池ユニット、電池ラック又は電池パック）と接続され、ＤＣ－ＤＣコンバータの出力は負荷と接続され得る。ＤＣ－ＤＣコンバータの例としては、フルブリッジコンバータ、ハーフブリッジ（half-bridge）コンバータ、フライバックコンバータなど多様な種類のコンバータが使用され得る。

【0043】

一方、ＢＭＳ１００、ＢＳＣ２００、ＰＭＳ３００、ＰＣＳ４００の間では、ＣＡＮ（Controller Area Network）又はイーサネットを用いた通信（図１で点線で示される）が行われ得る。

【0044】

このようなＥＳＳシステムにおいて、ＤＣ－ＤＣコンバータの出力制御が毎度システム内の中央コントローラ、例えばＢＳＣによって行われる場合、ＢＳＣによる計算時点からＤＣ－ＤＣコンバータが実際に出力を行う時点までの時間遅延による問題によって、ＤＣリンクの電圧変動が発生するおそれがある。これを解決するためには、ＰＣＳを定電圧領域で運転させる方法、ＤＣリンク部に大容量キャパシタ又は電池を追加してシステムの安全運転を保障する方法がある。ＰＣＳを定電圧領域で運転させる方法は、一般的な汎用のＰＣＳが固定パワーモードで動作するという点で、ＰＣＳファームウェアの修正が必要だという短所がある。また、ＤＣリンク部に大容量キャパシタ又は電池を追加する方法は、追加的なコストアップをもたらすという問題がある。

【0045】

本発明は、かかる問題点を解決するために提案され、図１に示す本発明の一実施例によれば、電池領域の全体の制御を管理するＢＳＣ２００は、システム動作の前に、各電池の状態を考慮して、各ＤＣ－ＤＣコンバータのドループ曲線を設定して各ＤＣ－ＤＣコンバータに提供することができる。

【0046】

ここで、各電池の状態は、各電池のＳＯＣ（Status Of Charge）、ＳＯＨ（Status Of Health）、電圧、温度などの情報を含むことができる。ＢＳＣ２００は、各電池の限界電力（P_battery_limit）、実際電力（P_battery_real）などの情報をＰＭＳ３００に提供することができる。全体のＥＳＳシステムに対する制御を担うＰＭＳ３００は、実際のシステム運転時にＰＣＳ４００に充電又は放電命令（P_pcs_referenceを通じて）を下す。

【0047】

このとき、充電又は放電命令を受信したＰＣＳ４００の動作によって、ＤＣ－ＤＣコンバータ５００の出力部とＰＣＳ４００の入力部とが出会うＤＣリンク電圧が変動するおそれがある。このとき、各ＤＣ－ＤＣコンバータは、変動するＤＣリンク電圧値をセンシングし、自分に合わせてあらかじめ設定されたドループ曲線を参照してＤＣ－ＤＣ出力リファレンスを計算する。ＤＣ－ＤＣコンバータは、計算された出力リファレンスを使用して当該リファレンスにリアルタイムで追従するように出力制御を行う。

【0048】

このために、本発明の実施例に係るＤＣ－ＤＣコンバータは、コンバータの出力制御に関連するドループ曲線情報を保存するメモリと、ＰＣＳとコンバータとの間のＤＣリンクの電圧変化を感知し、感知されたＤＣリンク電圧値及びドループ曲線に応じてコンバータの出力を制御するプロセッサとを含むことができる。

【0049】

ＤＣ－ＤＣコンバータはまた、入力スイッチングセット、一次側コイル、二次側コイル、出力スイッチングセット、キャパシタなどをさらに含むことができる。

【0050】

図１に示すコンバータ５００及びＢＳＣ２００は、本発明の実施例に係る電力分配装置を構成することができる。より具体的に、本発明の実施例に係る電力分配装置は、電池と電力変換システム（Power Conversion System；ＰＣＳ）との間でＤＣ－ＤＣ変換を行うコンバータと、各電池の状態に応じてコンバータの出力制御に関連するドループ曲線を設定する中央コントローラとを含むことができる。ここで、中央コントローラは、ＢＳＣであってよい。

【0051】

コンバータは、中央コントローラによって設定されたドループ曲線関連情報を受信して保存し、充放電動作の開始によるＰＣＳとコンバータとの間のＤＣリンクの電圧変化を感知し、感知されたＤＣリンク電圧値及びドループ曲線に応じてコンバータの出力を制御することができる。

【0052】

このように本発明は、エネルギー貯蔵システムの動作中に中央コントローラを通じて電池の出力リファレンスを受信するのではなく、実際の動作の前にあらかじめ設定されたドループ曲線に応じてＤＣ－ＤＣコンバータ自ら出力リファレンス値を速かに計算して出力制御に適用するという点で、安定したシステム運営が可能である。

【0053】

図２ａは、本発明の一実施例によってＤＣ－ＤＣコンバータの出力制御に使用されるドループ曲線でのスロープ制御の概念を示すグラフである。

【0054】

図２ａのグラフにおいて、横軸はＤＣリンクの電圧（Vdc）であり、縦軸は各電池の出力電力（Pbat_n）を示す。ＢＳＣは、各電池の状態を考慮して、電池の出力を図２ａに示すようなスロープ制御を通じて設定することができる。

【0055】

図２ｂは、本発明の一実施例によってＤＣ－ＤＣコンバータの出力制御に使用されるドループ曲線でのデッドバンドの概念を示すグラフである。

【0056】

図２ｂのグラフにおいても、横軸はＤＣリンクの電圧（Vdc）であり、縦軸は各電池の出力電力（Pbat_n）を示す。本発明においては、ドループ曲線のスロープ制御だけでなく、曲線ポイント制御を行う。すなわち、本発明の実施例によれば、複数のＤＣ－ＤＣコンバータ間のＤＣリンク電圧のセンシングエラーによって発生し得る頻繁な充放電を防止するために、ドループ曲線内に充電又は放電のいずれも行わないデッドバンドを設けて、ＤＣ－ＤＣコンバータの出力を制御することができる。デッドバンドは、図２ｂに示すように、システム内の状況に応じてその範囲が調整され得る。

【0057】

図３は、本発明の一実施例によってＤＣ－ＤＣコンバータの出力制御に使用されるドループ曲線をより詳しく示すグラフである。

【0058】

図３のグラフにおいて、横軸はＤＣリンクの電圧（V_DC link）であり、縦軸は各電池に対応するＤＣ－ＤＣコンバータの出力電力（P_DCDC）を示す。

【0059】

ＢＳＣは、各電池の状態を考慮して、ドループ曲線のスロープ制御を通じて、各電池に対応するＤＣ－ＤＣコンバータの出力電力を制御することができる。また、ＢＳＣは、充電限界電力（Max Charge Power）及び放電限界電力（Max Discharge Power）を設定して、充放電の動作範囲を設定することができる。

【0060】

図３に示すドループ曲線では、充放電が行われないデッドバンドを規定する上限（Dead Band Upper Limit）及び下限（Dead Band Lower Limit）を確認することができ、最大値までの充電が行われて充電が停止した時点でのＤＣリンク電圧（Max charge voltage）及び放電が停止した時点での最小ＤＣリンク電圧（Min discharge voltage）を確認することができる。

【0061】

このように本発明におけるドループ曲線制御は、ＤＣリンクの電圧を一定に維持するためのものであって、デッドバンドは、待機状態でノイズ及びセンシング誤差による頻繁な充／放電を防止するためのものである。デッドバンドは、例えば待機状態でＤＣリンクの電圧範囲である８５０～９００Ｖの範囲に設定され得る。

【0062】

図４ａは、本発明の実施例によって複数の電池に適用される複数のドループ曲線を示すグラフである。

【0063】

図４ａのグラフにおいて、横軸はＤＣリンクの電圧（Vdc）であり、縦軸は電池１、電池２、電池３の出力電力を示す。図４ａのグラフにおいては、各電池に対するドループ曲線のスロープがそれぞれ異なって設定されていることを確認することができ、これは、各電池の状態、例えばＳＯＣに応じて電池パック／ラック間の出力を異なって設定できることを意味する。

【0064】

図４ｂは、本発明の実施例によって複数のＤＣ－ＤＣコンバータに互いに異なるドループ曲線が適用される場合の各電池に対する充電の流れを概念的に示すグラフである。すなわち、同一の容量を有するが初期ＳＯＣ値が異なる電池間で、ドループ曲線を用いた電力分配方式に関する例を示す。

【0065】

より具体的に、図４ｂにおいて、ＳＯＣが４０％と最も低い電池ラック＃１に対して、最も傾きが大きいドループ曲線スロープが設定され、それによってＤＣ－ＤＣコンバータ＃１から最も大きな電力を出力する。

【0066】

複数のＤＣ－ＤＣコンバータと接続されたＰＣＳが、ＣＰモードで充電動作開始を命令すれば、ＤＣリンク電圧が瞬間的に上昇するようになり、各ＤＣ－ＤＣコンバータは、上昇されたＤＣリンク電圧及びそれによるドループ曲線を参照して、各電池に対する充電量を決定することができる。電池及び各ＤＣ－ＤＣコンバータは、Pdc = Pdc_1 + Pdc_2 + Pdc_3のバランスがとれるVdc電圧でバランスを維持するように充電を行うことができる。

【0067】

図５は、本発明に係る電池とグリッドとの間の充電及び放電の流れを示す概念図である。

【0068】

すなわち、本発明の実施例によれば、各電池別のＤＣ－ＤＣコンバータに内在されたドループ曲線を用いた充電制御によって、グリッド６００からＰＣＳ４００、ＤＣ－ＤＣコンバータ５００を経て電池１１０に至るまで、充電プロセスが行われ得る。

【0069】

また、各電池別のＤＣ－ＤＣコンバータに内在されたドループ曲線を用いた放電制御によって、電池１１０からＤＣ－ＤＣコンバータ５００、ＰＣＳ４００を経てグリッド６００に至るまで放電プロセスが行われ得る。

【0070】

図６は、本発明に係る充電プロセスでのＤＣリンク電圧、ＰＣＳ及びＤＣ－ＤＣコンバータのパワーリファレンスを示すグラフである。

【0071】

本発明が適用されるエネルギー貯蔵システムで充電プロセスが行われるとき、まず、ＰＭＳ３００がＰＣＳ４００に充電命令を伝達する。充電命令を受信したＰＣＳ４００が動作を開始して（図６のＰＣＳ充電開始時点で）ＤＣリンクに電力を投入すると、ＤＣリンクの電圧が上昇し始める。

【0072】

上昇するＤＣリンクの電圧を感知したＤＣ－ＤＣコンバータは、自分のドループ曲線を参照して、ＤＣリンク電圧値に対応する電力を電池に出力することで、電池を充電させる。ＰＣＳ電力値と複数のＤＣ－ＤＣコンバータの出力の合計とが一致するＤＣリンク電圧でバランスがとれることになり、電池に対する充電動作は中止される。

【0073】

図７は、本発明に係る放電プロセスでのＤＣリンク電圧、ＰＣＳ及びＤＣ－ＤＣコンバータのパワーリファレンスを示すグラフである。

【0074】

本発明が適用されるエネルギー貯蔵システムで放電プロセスが行われるときには、ＰＭＳ３００からの放電命令を受信したＰＣＳ４００が動作を開始して（図７のＰＣＳ放電開始時点で）グリッドに電力を流出しながら、ＤＣリンクの電圧が下降し始める。

【0075】

下降するＤＣリンクの電圧を感知したＤＣ－ＤＣコンバータは、自分に設定されたドループ曲線を参照して、ＤＣリンク電圧値に対応する電力をＰＣＳに出力することで、電池を放電させる。ＰＣＳ電力値と複数のＤＣ－ＤＣコンバータの出力の合計とが一致するＤＣリンク電圧でバランスがとれることになり、電池からの放電動作は中止される。

【0076】

図８は、本発明に係る充電プロセスで複数のＤＣ－ＤＣコンバータの出力リファレンスの計算過程を説明するためのグラフであり、図９は、本発明に係る放電プロセスで複数のＤＣ－ＤＣコンバータの出力リファレンスの計算過程を説明するためのグラフである。

【0077】

図８及び図９において、各グラフは、各ＤＣ－ＤＣコンバータのドループ曲線を示す。図８及び図９において、ＤＣリンク電圧値が一定となる区間での電力リファレンスは、充電限界電力（Max Charge Power）及び放電限界電力（Max Discharge Power）を示す。

【0078】

下記の数式１で、各ドループ曲線に対する関数を示す。

【0079】

［数式１］
P_dcdc_ref_N = f_N(x)
数式１で、P_dcdc_refは、各ＤＣ－ＤＣコンバータでの出力リファレンスを、f_N(x)は、ＤＣ－ＤＣコンバータＮのドループ曲線関数を示す。また、xは、ＤＣリンク電圧Vdcを示し、充電時にVdc_chargeとなり、放電時にはVdc_dischargeとなる。

【0080】

すなわち、数式１は、ＤＣ－ＤＣコンバータがドループ曲線関数によって定義される値に応じて出力制御を行うことを示す。

【0081】

下記数式２は、充電時にＰＣＳの出力電力値に対応する各ドループ曲線関数の出力の合計を示すものであって、図８に示すVdc_charge電圧値でバランスがとれることになる。

【0082】

［数式２］
P_pcs_charge_ref = f_1(Vdc_charge) + f_2(Vdc_charge) ... f_N(Vdc_charge)
また、下記数式３は、放電時のＰＣＳの出力電力値に対応する各関数の出力を示し、Vdc_discharge電圧値でバランスがとれることになる。

【0083】

［数式３］
P_pcs_discharge_ref = f_1(Vdc_discharge) + f_2(Vdc_discharge) ... + f_N(Vdc_discharge)
数式２及び数式３において、P_pcs_refは、ＰＣＳの出力リファレンスを示し、Vdc_chargeは、充電時のＤＣリンクのバランス電圧を示し、Vdc_dischargeは、放電時のＤＣリンクのバランス電圧を示す。

【0084】

図１０は、本発明に係る充放電プロセスで複数のＤＣ－ＤＣコンバータのドループ曲線傾きの計算過程を説明するためのグラフである。

【0085】

図１０のグラフでは、複数のＤＣ－ＤＣコンバータのドループ曲線傾きを示しており、各曲線の傾きは、互いに異なるものと示されている。

【0086】

本発明において、各ＤＣ－ＤＣコンバータに対するドループ曲線傾きは、電池の容量（Cap_N）及びＳＯＣ値、追加的にＳＯＨに基づいて決定され得る。したがって、各電池別のドループ曲線による充電傾きの割合α_1 : α_2 : ... : α_Nは、下記数式４のように定義され得る。

【0087】

［数式４］
α_1 : α_2 : ... α_N = Cap_1×(1-SOC_1) : Cap_2×(1-SOC_2) ... : Cap_N×(1-SOC_N)
数式４を通じて各電池の充電傾きは、追加エネルギーを貯蔵することができる電池の空いた空間領域（1-SOC_N）及び各電池容量（Cap_N）に比例することが分かる。

【0088】

また、電池別のドループ曲線による放電傾きの割合β_1 : β_2 : ... : β_Nは、下記数式５のように定義され得る。

【0089】

［数式５］
β_1 : β_2 : ... β_N = Cap_1×SOC_1 : Cap_2×SOC_2 ... : Cap_N×SOC_N
ここで、Cap_Nは、電池Ｎの容量［Wh］であり、SOC_Nは、電池ＮのＳＯＣを示す。

【0090】

各電池の放電傾きは、電池に貯蔵されたエネルギーをどのぐらい抽出するかと関連があるので、各電池のＳＯＣ及び電池容量（Cap_N）に比例することが分かる。

【0091】

図１１は、本発明の実施例に係る電力分配方法の動作フローを示す。

【0092】

本発明の一実施例に係る電力分配方法は、電池と電力変換システム（Power Conversion System；ＰＣＳ）との間でＤＣ－ＤＣ変換を行うコンバータによって行われ得る。

【0093】

本発明に係るコンバータは、複数の電池の状態を管理する中央コントローラからコンバータの出力制御に関連するドループ曲線情報を受信して保存する（Ｓ１１１０）。ここで、中央コントローラは、例えばＢＳＣであってよい。

【0094】

その後、コンバータが、ＰＣＳとコンバータとの間のＤＣリンクの電圧変化を感知すると（Ｓ１１２０の例）、感知されたＤＣリンク電圧値を用いて保存されたドループ曲線情報から出力リファレンスを算出する（Ｓ１１３０）。コンバータは、算出された出力リファレンスに応じて出力を制御する（Ｓ１１４０）。

【0095】

コンバータは、ＤＣリンク電圧がバランスに達したのかを判断し（Ｓ１１５０）、バランスに達した場合（Ｓ１１５０の例）、充電又は放電手続きを終了する。

【0096】

本発明の実施例に係る方法の動作は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体にコンピュータで読み取り可能なプログラム又はコードとして実現することが可能である。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み込まれ得るデータが保存されるすべての種類の記録装置を含む。また、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、ネットワークで接続されたコンピュータシステムに分散して、分散方式でコンピュータで読み取り可能なプログラム又はコードが保存されて実行され得る。

【0097】

また、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、ロム（rom）、ラム（ram）、フラッシュメモリ（flash memory）などのようにプログラム命令を格納して遂行するように特別に構成されたハードウェア装置を含むことができる。プログラム命令は、コンパイラ（compiler）によって作られるような機械語コードのみならず、インタプリタ（interpreter）などを使用してコンピュータによって実行され得る高級言語コードを含むことができる。

【0098】

本発明の一部の側面は、装置の文脈で説明されたが、それは、対応する方法による説明も示すことができ、ここで、ブロック又は装置は、方法ステップ又は方法ステップの特徴に対応する。同様に、方法の文脈で説明された側面は、対応するブロック又はアイテム又は対応する装置の特徴で示すことができる。方法ステップのいくつか又は全部は、例えばマイクロプロセッサ、プログラム可能なコンピュータ又は電子回路のようなハードウェア装置によって（又は用いて）行われることができる。いくつかの実施例において、最も重要な方法ステップの一つ以上は、このような装置によって行われることができる。

【0099】

以上、本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者は、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更できることを理解するであろう。

【符号の説明】

【0100】

１電池
２電池
３電池
１００電池管理システム（ＢＭＳ）
１１０電池
２００電池セクションコントローラ（ＢＳＣ）
３００電力管理システム（ＰＭＳ）
４００電力変換システム（ＰＣＳ）
５００ＤＣ－ＤＣコンバータ
６００グリッド

【図1】