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KR100946477B1 - Control method for hybrid energy storage apparatus - Google Patents

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KR100946477B1
KR100946477B1 KR1020070121806A KR20070121806A KR100946477B1 KR 100946477 B1 KR100946477 B1 KR 100946477B1 KR 1020070121806 A KR1020070121806 A KR 1020070121806A KR 20070121806 A KR20070121806 A KR 20070121806A KR 100946477 B1 KR100946477 B1 KR 100946477B1
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battery
supercap
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relay
current
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Inventor
강승원
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 하이브리드 에너지 저장장치의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수퍼캡과 배터리의 내부저항을 이용하여 충방전 효율 및 내구성 향상을 위한 에너지 저장장치의 제어장치에 전원공급용 릴레이를 추가하고, 릴레이를 통한 에너지 밸런싱 기능을 수행할 수 있도록 한 하이브리드 에너지 저장장치의 제어방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 수퍼캡의 전류 및 전압, 배터리의 전류 및 전압을 측정하는 단계; HEP(하이브리드 에너지 저장장치)의 전류를 연산하는 단계; 수퍼캡의 내부저항, 배터리의 내부저항을 측정하는 단계; 수퍼캡과 배터리의 내부저항 차이값이 기입력된 수퍼캡과 배터리간의 밸런싱을 위한 기준저항값보다 작은 지를 판단하는 단계; 상기 내부저항 차이값이 기준저항값보다 작은 경우에는 현재 HEP의 충방전시 수퍼캡 및 배터리를 선택적으로 제어하고, 기준저항값보다 큰 경우에는 에너지 밸런싱 기능을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장장치의 제어방법을 제공한다.

Figure R1020070121806

수퍼캡, 배터리, 에너지 저장장치, HEMS, 에너지 밸런싱, 내부저항

The present invention relates to a control method of a hybrid energy storage device, and more particularly, to add a power supply relay to a control device of an energy storage device for improving charging and discharging efficiency and durability by using an internal resistance of a supercap and a battery. The present invention relates to a control method of a hybrid energy storage device capable of performing an energy balancing function through a relay.

To this end, the present invention comprises the steps of measuring the current and voltage of the supercap, the current and voltage of the battery; Calculating a current of the HEP (Hybrid Energy Storage); Measuring the internal resistance of the supercap and the internal resistance of the battery; Determining whether a difference value of internal resistance between the supercap and the battery is smaller than a reference resistance value for balancing between the input supercap and the battery; If the internal resistance difference value is smaller than the reference resistance value, the control of the supercap and battery at the time of charging and discharging of the current HEP, and if greater than the reference resistance value comprising the step of performing an energy balancing function A control method of a hybrid energy storage device is provided.

Figure R1020070121806

Supercap, Battery, Energy Storage, HEMS, Energy Balancing, Internal Resistance

Description

하이브리드 에너지 저장장치의 제어방법{Control method for hybrid energy storage apparatus}Control method for hybrid energy storage apparatus

본 발명은 하이브리드 에너지 저장장치의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수퍼캡과 배터리의 내부저항을 이용하여 충방전 효율 및 내구성 향상을 위한 에너지 저장장치의 제어장치에 전원공급용 릴레이를 추가하고, 릴레이를 통한 에너지 밸런싱 기능을 수행할 수 있도록 한 하이브리드 에너지 저장장치의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control method of a hybrid energy storage device, and more particularly, to add a power supply relay to a control device of an energy storage device for improving charging and discharging efficiency and durability by using an internal resistance of a supercap and a battery. The present invention relates to a control method of a hybrid energy storage device capable of performing an energy balancing function through a relay.

전기에너지 저장장치는 두개의 전극(음극과 양극), 격리막 및 전해질로 구성된다. 전기에너지 저장장치의 예로는 전지와 캐패시터를 들 수 있다. The electrical energy storage device consists of two electrodes (cathode and anode), a separator and an electrolyte. Examples of electrical energy storage devices include batteries and capacitors.

전지는 상기 두개의 전극 모두에서 산화환원반응(패러데이반응)을 동반한다. 다시 말해, 충전시에 전극으로의 에너지 저장을 동반하는 전극활물질의 환원이 발생하고, 방전시 외부로의 에너지 방출을 동반하는 전극활물질의 산화가 발생한다. 이러한 산화환원반응이 양극과 음극 모두에서 일어난다. The battery is accompanied by a redox reaction (Faraday reaction) at both electrodes. In other words, reduction of the electrode active material accompanying energy storage to the electrode at the time of charging occurs, and oxidation of the electrode active material accompanying the release of energy to the outside at the time of discharge occurs. This redox reaction occurs at both the positive and negative electrodes.

전지의 대표적인 예로는 리튬이차전지를 들 수 있다. 리튬이차 전지는 20-180 Wh/kg의 높은 에너지 밀도를 갖는다. 높은 에너지 밀도에 의해, 상기 리튬이차전지는 적은 중량으로도 출력부하에 장시간 전원 공급이 가능하다는 장점을 가진다. Representative examples of the battery include a lithium secondary battery. Lithium secondary batteries have a high energy density of 20-180 Wh / kg. By the high energy density, the lithium secondary battery has the advantage that it is possible to supply power for a long time to the output load even with a small weight.

그러나, 상기 리튬이차전지는 50-250 W/kg의 낮은 출력밀도를 갖는다. 따라서, 상기 리튬이차전지는 순간적으로 고출력이 요구되는 장치에는 채용될 수 없다. However, the lithium secondary battery has a low power density of 50-250 W / kg. Therefore, the lithium secondary battery cannot be employed in a device that requires high power instantaneously.

그리고, 상기 리튬이차전지는, 산환환원반응을 동반하는 반복적인 충방전에 의해 전극활물질과 전해질의 변질이 발생한다. 이것은 전지의 수명을 약 500회 정도로 제한한다. 따라서, 상기 리튬이차전지는 정기적인 유지 보수를 요구한다.In addition, in the lithium secondary battery, deterioration of the electrode active material and the electrolyte occurs by repeated charging and discharging accompanied by an acid reduction reaction. This limits the life of the battery to about 500 times. Therefore, the lithium secondary battery requires regular maintenance.

캐패시터의 대표적 예는 전기 이중층 캐패시터이다. 이들은 양극과 음극의 전극활물질로서 활성탄(activated carbon)을 포함한 다공성 탄소전극을 사용한다. 전기 이중층 캐패시터에서, 양극과 음극은 전하의 흡착에 의해 에너지를 저장한다.A representative example of a capacitor is an electric double layer capacitor. They use a porous carbon electrode containing activated carbon as an electrode active material of the positive electrode and the negative electrode. In electric double layer capacitors, the anode and cathode store energy by adsorption of charge.

즉, 상기 전기 이중층 캐패시터는 전극활물질의 산화환원반응을 동반하는 것이 아니라, 물리적 흡착(비패러데이반응)에 의해 에너지를 저장한다. 상기 전기이중층 캐패시터는 2-4 Wh/kg의 에너지 밀도를 갖는다. 리튬이차전지보다 상대적으로 낮은 에너지 밀도를 갖고 있으나, 상기 전기 이중층 캐패시터는 산화환원반응을 동반하지 않는 관계로 반영구적인 수명을 갖는다. That is, the electric double layer capacitor stores energy by physical adsorption (non-Faraday reaction), not accompanied by redox reaction of the electrode active material. The electric double layer capacitor has an energy density of 2-4 Wh / kg. Although it has a relatively lower energy density than a lithium secondary battery, the electric double layer capacitor has a semi-permanent lifetime since it does not accompany a redox reaction.

따라서, 상기 전기 이중층 캐패시터는 정기적인 유지보수가 불필요하다. 이와 더불어, 상기 전기이중층 캐패시터는 1000∼2000W/kg의 고출력을 제공한다. 따라서, 순간적으로 고출력을 이용하는 전기에너지 저장장치로 유용하게 사용될 수 있다. Thus, the electric double layer capacitor does not require regular maintenance. In addition, the electric double layer capacitor provides high power of 1000-2000 W / kg. Therefore, it can be usefully used as an electric energy storage device that uses high power instantaneously.

한편, 상기 전기 이중층 캐패시터의 낮은 에너지 밀도에서 파생되는 문제점을 해결하기 위해 하이브리드 에너지 저장장치(HEP;Hybrid Energy Pack)가 제시되었다.Meanwhile, a hybrid energy pack (HEP) has been proposed to solve the problem derived from the low energy density of the electric double layer capacitor.

도 1은 하이브리드 에너지 저장장치의 구성을 나타내는 개략도로서, 하이브리드 에너지 저장장치(100)에서는 충방전 효율 및 배터리의 내구향상을 위해 HEMS(10)(Hybrid Energy Management System)에 의해 배터리 릴레이(101)(또는 수퍼캡 릴레이)가 제어되고, 이러한 배터리 릴레이(101) 제어는 HEMS(10)에서 배터리 SOC(State Of Charge)의 연산에 의해 온/오프가 이루어진다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a hybrid energy storage device. In the hybrid energy storage device 100, the battery relay 101 (HE) (Hybrid Energy Management System) by the HEMS (10) for improving the charge and discharge efficiency and durability of the battery Or a supercap relay), and the control of the battery relay 101 is performed on / off by calculation of a battery state of charge (SOC) in the HEMS 10.

상기 배터리 릴레이(101)의 제어를 위해 하이브리드 에너지 저장장치(100)의 충방전 전류에 대한 연산이 필요하고, 고비용의 에너지 밸런싱 장치(102)가 필요하고, HEMS(10)에서 에너지 밸런싱 장치 제어를 위한 로직이 필요하였다.In order to control the battery relay 101, an operation of charging / discharging current of the hybrid energy storage device 100 is required, an expensive energy balancing device 102 is required, and an energy balancing device control is performed in the HEMS 10. I needed logic for that.

상기 에너지 밸런싱 장치(102)는 배터리(11)와 수퍼캡(12) 사이의 에너지를 밸런싱하기 위한 장치로서, DC/DC 컨버터 등 기타 유닛을 사용한다. 이때, 배터리(11)의 경우 에너지 밀도가 크나 전력 밀도가 작고, 수퍼캡(12)의 경우 에너지 밀도가 작으나 전력 밀도가 크다.The energy balancing device 102 is a device for balancing energy between the battery 11 and the supercap 12, and uses other units such as a DC / DC converter. In this case, the battery 11 has a large energy density but a small power density, and the supercap 12 has a small energy density but a large power density.

그런데 종래의 에너지 밸런싱 장치가 없는 경우에는 차량에서 발전되는 전기에너지를 에너지 저장장치별로 선택적으로 제어가 불가능하고, 배터리와 수퍼캡의 전기적 특성을 이용한 차량의 전기에너지의 효율적 관리 및 제어가 불가능하다.However, when there is no conventional energy balancing device, it is impossible to selectively control the electric energy generated by the vehicle for each energy storage device, and it is impossible to efficiently manage and control the electric energy of the vehicle by using the electrical characteristics of the battery and the supercap.

또한, 상기 수퍼캡 에너지를 배터리에 전달시 에너지 전달량에 대한 제어가 불가능하거나, 배터리 에너지를 수퍼캡에 전달시 에너지 전달량에 대한 제어가 불가능하다.In addition, it is impossible to control the amount of energy delivered when the supercap energy is delivered to the battery, or it is impossible to control the amount of energy delivered when the battery energy is transferred to the supercap.

따라서, 상기 고비용의 에너지 밸런싱 장치를 사용하지 않고도 그 기능을 수행할 수 있도록 하이브리드 에너지 저장장치의 제어장치에 대한 제어로직의 최적화 및 하드웨어의 최적화가 필요하다.Therefore, it is necessary to optimize the control logic and hardware of the control device of the hybrid energy storage device so that the function can be performed without using the expensive energy balancing device.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 전기적 특성이 다른 두개의 에너지 저장장치의 내부저항을 이용하여 두개 중 어느 에너지 저장장치를 사용하여 충방전을 수행할 것인지를 결정하고, 각 에너지 저장장치의 전원공급용 릴레이를 제어함으로써, 에너지 저장장치의 충방전 효율 및 내구 성능을 향상시킬 수 있고, 에너지 밸런싱 장치를 사용하지 않고도 그 기능을 수행할 수 있도록 한 하이브리드 에너지 저장장치의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, by using the internal resistance of the two energy storage devices having different electrical characteristics to determine which of the two energy storage devices to perform charge and discharge, each energy By controlling the power supply relay of the storage device, it is possible to improve the charging and discharging efficiency and durability of the energy storage device, and to control the hybrid energy storage device to perform its function without using an energy balancing device. The purpose is to provide.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하이브리드 에너지 저장장치의 제어방법에 있어서,The present invention for achieving the above object is a control method of a hybrid energy storage device,

수퍼캡의 전류 및 전압, 배터리의 전류 및 전압을 측정하는 단계; HEP(하이브리드 에너지 저장장치)의 전류를 연산하는 단계; 수퍼캡의 내부저항, 배터리의 내부저항을 측정하는 단계; 수퍼캡과 배터리의 내부저항 차이값이 기입력된 수퍼캡과 배터리간의 밸런싱을 위한 기준저항값보다 작은 지를 판단하는 단계; 상기 내부저항 차이값이 기준저항값보다 작은 경우에는 현재 HEP의 충방전시 수퍼캡 및 배터리를 선택적으로 제어하고, 기준저항값보다 큰 경우에는 에너지 밸런싱 기능을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Measuring the current and voltage of the supercap and the current and voltage of the battery; Calculating a current of the HEP (Hybrid Energy Storage); Measuring the internal resistance of the supercap and the internal resistance of the battery; Determining whether a difference value of internal resistance between the supercap and the battery is smaller than a reference resistance value for balancing between the input supercap and the battery; If the internal resistance difference value is smaller than the reference resistance value, the control of the supercap and battery at the time of charging and discharging of the current HEP selectively, if larger than the reference resistance value comprising the step of performing an energy balancing function .

바람직한 구현예로서, 상기 수퍼캡 및 배터리를 선택적으로 제어하는 단계는 현재 HEP의 전류가 제로보다 큰 경우(충전)시에는 수퍼캡의 내부저항이 배터리의 내부저항보다 큰지를 판단하는 단계; 상기 수퍼캡의 내부저항이 배터리의 내부저항보다 큰 경우에는 배터리 릴레이를 온시키고, 수퍼캡 릴레이를 오프시키는 단계; 및 상기 수퍼캡의 내부저항이 배터리의 내부저항보다 작은 경우에는 배터리 릴레이를 오프시키고, 수퍼캡 릴레이를 온시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the step of selectively controlling the supercap and the battery may include determining whether the internal resistance of the supercap is greater than the internal resistance of the battery when the current HEP current is greater than zero (charging); Turning on the battery relay and turning off the supercap relay when the internal resistance of the supercap is greater than the internal resistance of the battery; And turning off the battery relay and turning on the supercap relay when the internal resistance of the supercap is smaller than the internal resistance of the battery.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 수퍼캡 및 배터리를 선택적으로 제어하는 단계는 현재 HEP의 전류가 제로보다 작은 경우(방전)시에는 수퍼캡의 내부저항이 배터리의 내부저항보다 큰지를 판단하는 단계; 상기 수퍼캡의 내부저항이 배터리의 내부저항보다 큰 경우에는 배터리 릴레이를 오프시키고, 수퍼캡 릴레이를 온시키는 단계; 및 상기 수퍼캡의 내부저항이 배터리의 내부저항보다 작은 경우에는 배터리 릴레이를 온시키고, 수퍼캡 릴레이를 오프시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, the step of selectively controlling the supercap and the battery may include determining whether the internal resistance of the supercap is greater than the internal resistance of the battery when the current HEP current is less than zero (discharge); Turning off the battery relay and turning on the supercap relay when the internal resistance of the supercap is greater than the internal resistance of the battery; And turning on the battery relay and turning off the supercap relay when the internal resistance of the supercap is smaller than the internal resistance of the battery.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 에너지 저장장치의 제어방법에 의하면, 전원공급용 릴레이 및 이를 이용한 제어로직을 통해 에너지 밸런싱 장치 대신에 에너지 밸런싱 기능을 수행할 수 있고, 에너지 저장장치의 충방전 효율 및 내구성을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the control method of the hybrid energy storage device according to the present invention, it is possible to perform the energy balancing function in place of the energy balancing device through the power supply relay and the control logic using the same, the charging of the energy storage device Discharge efficiency and durability can be improved.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 2 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 에너지 저장장치의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.2 to 8 are views for explaining a control method of a hybrid energy storage device according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 전기적 특성이 다른 수퍼캡(12) 및 배터리(11)의 내부저항을 이용하여 수퍼캡 및 배터리 릴레이(14,13)를 제어하도록 한 점에 주안점이 있다.The present invention focuses on controlling the supercap and the battery relays 14 and 13 by using internal resistances of the supercap 12 and the battery 11 having different electrical characteristics.

본 발명의 일실시예는 수퍼캡(12)의 내부저항 및 릴레이 제어를 위해 전류 센서, 전압 센서, 온도 센서를 이용하여 수퍼캡(12)의 전류, 전압 및 온도를 감지한다.One embodiment of the present invention detects the current, voltage and temperature of the supercap 12 using a current sensor, a voltage sensor, a temperature sensor for the internal resistance and relay control of the supercap 12.

또한, 배터리(11)의 내부저항 및 릴레이 제어를 위해 전류 센서, 전압 센서, 온도 센서를 이용하여 배터리(11)의 전류, 전압 및 온도를 감지한다.In addition, the current, voltage and temperature of the battery 11 are sensed using a current sensor, a voltage sensor, and a temperature sensor to control the internal resistance and relay of the battery 11.

본 발명의 제어부(HEMS(10))는 상기 수퍼캡(12)과 배터리(11)의 인터페이스 신호(감지된 전류, 전압, 온도 신호)를 통해 내부 저항을 연산하고, 수퍼캡(12)과 배터리(11)의 내부저항을 통해 수퍼캡(12) 및 배터리(11)의 릴레이(14,13) 구동로직을 수행한다.The control unit HEMS 10 of the present invention calculates internal resistance through the interface signals (detected current, voltage, and temperature signals) of the supercap 12 and the battery 11, and calculates the supercap 12 and the battery 11. The driving logic of the relays 14 and 13 of the supercap 12 and the battery 11 is performed through the internal resistance of the.

따라서, 상기 HEMS(10) 제어에 의해 수퍼캡과 배터리 릴레이(14,13)가 구동 및 제어된다.Therefore, the supercap and the battery relays 14 and 13 are driven and controlled by the HEMS 10 control.

도 3에 도시한 바와 같이, 수퍼캡(12)의 내부저항은 수퍼캡(12)의 SOC, 방전 전류 및 온도에 영향을 받지 않고 거의 일정한 값을 유지하고, 반면에 배터리(11)의 내부저항은 배터리(11)의 SOC, 방전 전류 및 온도에 의해 저항값이 변화한다.As shown in FIG. 3, the internal resistance of the supercap 12 is maintained almost constant without being affected by the SOC, discharge current and temperature of the supercap 12, while the internal resistance of the battery 11 is the battery. The resistance value changes with SOC, discharge current, and temperature (11).

즉, 배터리(11)의 내부저항은 SOC가 증가함에 따라 비선형적으로 증가하고, 수퍼캡(12)의 내부저항은 SOC가 증가해도 거의 일정하며, 또한 배터리(11)와 수퍼캡(12)은 서로 다른 구간에서 각각 다른 내부저항값을 갖는다.That is, the internal resistance of the battery 11 increases nonlinearly with increasing SOC, and the internal resistance of the supercap 12 is almost constant even if the SOC increases, and the battery 11 and the supercap 12 are different from each other. Each section has different internal resistance.

상기와 같이 전기적 특성이 다른 두개의 에너지 저장장치 즉, 수퍼캡(12) 및 배터리(11)의 내부저항을 이용하여 수퍼캡 릴레이(14)와 배터리 릴레이(13)를 제어한다. 상기 수퍼캡(12) 및 배터리(11)의 내부저항을 통해 각각의 릴레이(13,14)를 제어하기 위해서는 수퍼캡(12)과 배터리(11)간에 상호연관성이 있어야 한다.As described above, the supercap relay 14 and the battery relay 13 are controlled by using two energy storage devices having different electrical characteristics, that is, the internal caps of the supercap 12 and the battery 11. In order to control each of the relays 13 and 14 through the internal resistance of the supercap 12 and the battery 11, there must be correlation between the supercap 12 and the battery 11.

즉, 수퍼캡(12)의 내부저항(A)에 일정량의 스케일링 팩터(Scaling Factor)를 곱하면 도 5에 도시한 바와 같이 두개의 신호가 상호 연관성을 갖게 된다.That is, when the internal resistance A of the supercap 12 is multiplied by a predetermined amount of scaling factor, two signals are correlated as shown in FIG. 5.

상기 스케일링 팩터에 의해 수퍼캡(12)의 내부저항이 X축과 평행하게 Y축 방향으로 옵셋되어 수퍼캡(12) 내부저항값이 존재하는 선과 비선형의 배터리(11) 내부저항값이 존재하는 선이 서로 만나게 되고, 수퍼캡(12)과 배터리(11)의 내부저항에 의해 영역이 ①과 ②로 구분되어진다.Due to the scaling factor, the internal resistance of the supercap 12 is offset in the Y-axis direction parallel to the X-axis so that the line having the supercap 12 internal resistance and the line having the nonlinear battery 11 internal resistance are mutually different. The area is divided into ① and ② by the internal resistance of the supercap 12 and the battery 11.

본 발명은 상기 ①과 ②로 분리된 영역을 릴레이 온/오프 제어신호로 사용한다.The present invention uses the areas separated by 1 and 2 as relay on / off control signals.

즉, ①영역의 경우에 배터리(11)에서 충전을 수행하고, 수퍼캡(12)에서는 방전을 수행하도록 각각의 릴레이(13,14)를 제어한다. ②영역의 경우에 배터리(11)에서 방전을 수행하고, 수퍼캡(12)에서는 충전을 수행하도록 각각의 릴레이(13,14)를 제어한다.That is, in the case of ① area, the battery 11 performs charging, and the supercap 12 controls each of the relays 13 and 14 to perform discharge. (2) In the case of the region, the battery 11 discharges, and the supercap 12 controls each of the relays 13 and 14 to perform charging.

상기와 같이 내부저항을 이용하여 충전 및 방전시 수퍼캡(12) 및 배터리(11)를 선택적으로 제어할 수 있다.As described above, the supercap 12 and the battery 11 may be selectively controlled during charging and discharging using the internal resistance.

본 발명의 하이브리드 에너지 저장장치(HEP)의 제어방법을 도 6을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.The control method of the hybrid energy storage device (HEP) of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 6 as follows.

센서를 통해 수퍼캡(12)의 전압 및 전류를 측정하고, 배터리(11)의 전압 및 전류를 측정하고, HEP의 전류를 연산한다.The sensor measures the voltage and current of the supercap 12, measures the voltage and current of the battery 11, and calculates the current of the HEP.

상기 측정된 수퍼캡(12)의 전압 및 전류를 통해 수퍼캡(12)의 내부저항(RSUPERCAP)을 측정하고, 배터리(11)의 전압 및 전류를 통해 배터리(11)의 내부저항(RBATTERY)을 측정한다.The internal resistance (R BATTERY) of the battery 11 through the voltage and current of the supercap 12, the internal resistance (R SUPERCAP) for measuring, the battery 11 through the voltage and current of the measured supercap 12 Measure

그 다음, 상기 수퍼캡(12)의 내부저항과 배터리(11)의 내부저항의 차이값이 배터리(11)와 수퍼캡(12) 간의 에너지 밸런싱을 위한 기준저항값(RTHRESHOLD)보다 작은 경우에는 릴레이(13,14)를 이용하여 충방전시 수퍼캡(12) 및 배터리(11)를 선택적으로 온/오프 제어한다.Next, when the difference between the internal resistance of the supercap 12 and the internal resistance of the battery 11 is smaller than the reference resistance value R THRESHOLD for energy balancing between the battery 11 and the supercap 12, the relay ( 13 and 14 selectively control the on / off of the supercap 12 and the battery 11 during charging and discharging.

즉, 상기 내부저항의 차이값이 기준저항값보다 작은 것으로 판단된 경우에는 현재 HEP의 전류가 영(ZERO)보다 큰 (충전시)지를 판단하고, 수퍼캡(12)의 내부저항이 배터리(11)보다 큰 지(도 5의 ①영역)를 판단하여 상기 조건을 만족하는 경우에는 배터리 릴레이(13)를 온시키고 수퍼캡 릴레이(14)를 오프시켜 배터리(11)를 충전시킨다.That is, when it is determined that the difference value of the internal resistance is smaller than the reference resistance value, it is determined whether the current of the current HEP is greater than zero (at charging), and the internal resistance of the supercap 12 is the battery 11. If the above condition is satisfied by judging whether it is larger (1 area in FIG. 5), the battery relay 13 is turned on and the supercap relay 14 is turned off to charge the battery 11.

그리고, 상기 수퍼캡(12)의 내부저항이 배터리(11)보다 작은 경우(도 5의 ②영역)에는 수퍼캡 릴레이(14)를 온시키고 배터리 릴레이(13)를 오프시켜 수퍼캡(12)을 충전시킨다.In addition, when the internal resistance of the supercap 12 is smaller than the battery 11 (2 region in FIG. 5), the supercap relay 14 is turned on and the battery relay 13 is turned off to charge the supercap 12.

한편, 현재 HEP의 전류가 영보다 작은(방전시) 것으로 판단된 경우에는 수퍼캡(12)의 내부저항이 배터리(11)보다 큰 지(도 5의 ①영역)를 판단하여 상기 조건을 만족하는 경우에는 배터리 릴레이(13)를 오프시키고 수퍼캡 릴레이(14)를 온시켜 수퍼캡(12)을 방전시킨다.On the other hand, when it is determined that the current of the HEP is less than zero (during discharge), it is determined whether the internal resistance of the supercap 12 is greater than the battery 11 (1 region in FIG. 5) and the above condition is satisfied. The supercap 12 is discharged by turning off the battery relay 13 and turning on the supercap relay 14.

그리고, 상기 수퍼캡(12)의 내부저항이 배터리(11)보다 작은 경우(도 5의 ②영역)에는 배터리 릴레이(13)를 온시키고 수퍼캡 릴레이(14)를 오프시켜 배터리(11)를 방전시킨다.When the internal resistance of the supercap 12 is smaller than that of the battery 11 (2 area in FIG. 5), the battery relay 13 is turned on and the supercap relay 14 is turned off to discharge the battery 11.

상기 수퍼캡(12)과 배터리의 내부저항의 차이값이 기준저항값보다 큰 경우에는 수퍼캡 릴레이(14) 및 배터리 릴레이(13)를 모두 온시켜 에너지 밸런싱 장치의 역할을 수행한다.When the difference between the supercap 12 and the internal resistance of the battery is greater than the reference resistance, both the supercap relay 14 and the battery relay 13 are turned on to serve as an energy balancing device.

이와 같은 본발명의 전원공급용 릴레이(13,14) 및 이를 이용한 제어로직을 통해 에너지 밸런싱 장치를 삭제하여도 에너지 밸런싱 기능을 수행할 수 있고, 에너지 저장장치의 충방전 효율 및 내구성을 향상시킬 수 있다.Through the power supply relays 13 and 14 of the present invention and the control logic using the same, an energy balancing function can be performed even if the energy balancing device is deleted, and the charging and discharging efficiency and durability of the energy storage device can be improved. have.

본 발명의 알고리즘을 기존의 HEMS에서 사용되는 로직에 추가 적용할 경우에는 하드웨어나 소프트웨어의 최적화를 통해서 하이브리드 에너지 저장장치를 제어할 수 있다.When the algorithm of the present invention is additionally applied to the logic used in the existing HEMS, the hybrid energy storage device may be controlled through optimization of hardware or software.

즉, 하드웨어의 경우에는 차량의 상태에 따라 두개의 릴레이(13,14)를 동시에 구동함으로써, 에너지 밸런싱 장치의 역할을 대신할 수 있다.
즉, 수퍼캡(12)과 배터리(11)의 저항값의 차이는 각각의 SOC 차이를 나타내므로, 이 값이 RTHRESHOLD보다 큰 경우에는 수퍼캡 릴레이(14) 및 배터리 릴레이(13)를 제어하면, 에너지 밸런싱 장치의 역할을 수행하게 된다.That is, in the case of hardware, by driving the two relays (13, 14) at the same time according to the state of the vehicle, it can take the role of the energy balancing device.
That is, since the difference between the resistance values of the supercap 12 and the battery 11 represents the SOC difference, when the value is larger than R THRESHOLD , the control of the supercap relay 14 and the battery relay 13 results in energy. It will act as a balancing device.

소프트웨어의 경우에는 기 HEMS에 사용되는 전류 연산에 의한 SOC 비교 로직 대신에 내부 저항 비교 로직을 적용함으로써 로직을 더욱 용이하게 구현할 수 있다.In the case of software, the logic can be implemented more easily by applying internal resistance comparison logic instead of the SOC comparison logic by the current operation used in conventional HEMS.

본 발명에서는 하이브리드 에너지 저장장치에서 SOC에 의한 내부저항값을 기준으로 릴레이 제어에 대해 설명하였으나, 본 발명에 따른 방법을 이용하여 방전전류와 온도에 의한 내부저항 값으로 동일하게 릴레이 제어가 가능하다.In the present invention, the relay control on the basis of the internal resistance value by the SOC in the hybrid energy storage device has been described, but the relay control is equally possible with the internal resistance value by the discharge current and the temperature using the method according to the present invention.

도 7에 도시한 바와 같이, C 또는 C 부근에서 릴레이 동작이 빈번하게 발생할 수 있으므로 상기 영역에서 히스테리시스를 설정하여 릴레이 제어를 구현함으로써 이러한 문제를 개선할 수 있다.As shown in FIG. 7, since relay operation may occur frequently in the vicinity of C or C, this problem may be improved by implementing hysteresis in the region to implement relay control.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these embodiments, and has been claimed by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all the various forms of embodiments that can be carried out without departing from the spirit.

도 1은 종래의 하이브리드 에너지 저장장치를 나타내는 하드웨어 구성도이다.1 is a hardware configuration diagram showing a conventional hybrid energy storage device.

도 2는 본 발명의 하이브리드 에너지 저장장치를 나타내는 하드웨어 구성도이다.2 is a hardware block diagram showing a hybrid energy storage device of the present invention.

도 3은 SOC에 따른 수퍼캡 및 배터리의 내부저항을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the internal resistance of the supercap and the battery according to the SOC.

도 4는 온도 및 방전 전류에 따른 수퍼캡 및 배터리의 내부저항 변동량을 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the variation of the internal resistance of the supercap and the battery according to the temperature and the discharge current.

도 5는 도 3의 수퍼캡 내부저항에 스케일링 팩터가 곱해진 모습을 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating a multiplication of the scaling factor by the supercap internal resistance of FIG. 3.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 에너지 저장장치의 제어방법을 나타내는 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a control method of a hybrid energy storage device according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 수퍼캡과 배터리의 내부저항 중첩구간에서 히스테리시스 설정을 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing the hysteresis setting in the overlap region of the internal resistance of the supercap and the battery of the present invention.

도 8은 본 발명의 HEMS에 의한 제어흐름을 나타내는 블럭도이다.8 is a block diagram showing a control flow by the HEMS of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : HEMS 11 : 배터리10: HEMS 11: Battery

12 : 수퍼캡 13 : 배터리 릴레이12: Supercap 13: battery relay

14 : 수퍼캡 릴레이14: Supercap relay

Claims (3)

삭제delete 하이브리드 에너지 저장장치의 제어방법에 있어서,In the control method of the hybrid energy storage device, 수퍼캡의 전류 및 전압, 배터리의 전류 및 전압을 측정하는 단계;Measuring the current and voltage of the supercap and the current and voltage of the battery; HEP(하이브리드 에너지 저장장치)의 전류를 연산하는 단계;Calculating a current of the HEP (Hybrid Energy Storage); 수퍼캡의 내부저항, 배터리의 내부저항을 측정하는 단계;Measuring the internal resistance of the supercap and the internal resistance of the battery; 수퍼캡과 배터리의 내부저항 차이값이 기입력된 수퍼캡과 배터리간의 밸런싱을 위한 기준저항값보다 작은 지를 판단하는 단계;Determining whether a difference value of internal resistance between the supercap and the battery is smaller than a reference resistance value for balancing between the input supercap and the battery; 상기 내부저항 차이값이 기준저항값보다 작은 경우에는 현재 HEP의 충방전시 수퍼캡 및 배터리를 선택적으로 제어하고, 기준저항값보다 큰 경우에는 에너지 밸런싱 기능을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지고, If the internal resistance difference value is smaller than the reference resistance value, the control of the supercap and battery at the time of charging and discharging of the current HEP, and if greater than the reference resistance value comprises the step of performing an energy balancing function, 상기 수퍼캡 및 배터리를 선택적으로 제어하는 단계는 현재 HEP의 전류가 제로보다 큰 경우(충전)시에는 수퍼캡의 내부저항이 배터리의 내부저항보다 큰지를 판단하는 단계; Selectively controlling the supercap and the battery may include determining whether the internal resistance of the supercap is greater than the internal resistance of the battery when the current HEP current is greater than zero (charging); 상기 수퍼캡의 내부저항이 배터리의 내부저항보다 큰 경우에는 배터리 릴레이를 온시키고, 수퍼캡 릴레이를 오프시키는 단계; 및Turning on the battery relay and turning off the supercap relay when the internal resistance of the supercap is greater than the internal resistance of the battery; And 상기 수퍼캡의 내부저항이 배터리의 내부저항보다 작은 경우에는 배터리 릴레이를 오프시키고, 수퍼캡 릴레이를 온시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장장치의 제어방법.If the internal resistance of the supercap is smaller than the internal resistance of the battery, turning off the battery relay and turning on the supercap relay. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 수퍼캡 및 배터리를 선택적으로 제어하는 단계는 현재 HEP의 전류가 제로보다 작은 경우(방전)시에는 수퍼캡의 내부저항이 배터리의 내부저항보다 큰지를 판단하는 단계; Selectively controlling the supercap and the battery may include determining whether the internal resistance of the supercap is greater than the internal resistance of the battery when the current HEP current is less than zero (discharge); 상기 수퍼캡의 내부저항이 배터리의 내부저항보다 큰 경우에는 배터리 릴레이를 오프시키고, 수퍼캡 릴레이를 온시키는 단계; 및Turning off the battery relay and turning on the supercap relay when the internal resistance of the supercap is greater than the internal resistance of the battery; And 상기 수퍼캡의 내부저항이 배터리의 내부저항보다 작은 경우에는 배터리 릴레이를 온시키고, 수퍼캡 릴레이를 오프시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장장치의 제어방법.If the internal resistance of the supercap is smaller than the internal resistance of the battery, turning on the battery relay and turning off the supercap relay.
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