KR101284896B1 - 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 엘리베이터 카의 승강시 발생되는 회생 에너지를 신속하게 저장할 뿐만 아니라 대출력 구동 전원으로 이용함에 있다.
이를 위해 본 발명은 상용 교류전원을 직류로 변환하는 컨버터와, 상기 컨버터의 직류전압을 평활하는 DC 링크와, 상기 DC 링크를 통해 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터와, 상기 인버터의 교류전압에 의해 구동되는 권상용 전동기와, 상기 권상용 전동기를 구동하기 위해 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 구비한 엘리베이터 시스템에 있어서, 회생 운전시 상기 전동기에 의해 발생하는 회생전력을 인버터를 통해 입력받아 이를 저장하고, 역행 운전시 그 저장된 회생전력을 상기 권상용 전동기의 구동전원으로 출력하는 회생부를 포함하고, 상기 회생부는 상기 DC 링크와 상기 인버터의 사이에 전기적으로 연결된 충방전부와, 상기 충방전부에 전기적으로 연결된 에너지 저장부로 이루어진 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치를 개시한다.

Description

엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치{Regenerative energy storage device of elevator system}
본 발명의 일 실시예는 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 엘리베이터의 운전에 있어서, 엘리베이터 카는 승강을 반복하고, 카의 운전방향과 부하상태에 따라 전원측에서 전력을 공급하는 역행운전과 권상 전동기에서 전원측으로 회생전력을 공급하는 회생운전이 반복되게 된다. 그리고, 권상기의 구동장치로서 인버터를 사용하고 교류입력을 직류전압으로 변환하는 정류장치로 다이오드 컨버터를 사용할 경우, 회생 운전시 권상 전동기로부터 공급되는 회생전력은 일반적으로 직류 전압측에 설치된 회생회로에 의하여 저항을 통하여 열로 소모하게 되는데, 이와 같은 종래 엘리베이터 시스템을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래 엘리베이터 시스템에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 상용 교류전원(1)을 입력받아 이를 직류로 변환하는 컨버터(4)와, 상기 컨버터(4)의 직류전압을 평활하는 DC 링크(5)와, 상기 DC 링크(5)의 충전 전압인 회생전력을 소비하기 위한 스위칭소자(2) 및 회생저항(22)과, 상기 DC 링크(4)를 통해 직류전압을 입력받아 이를 교류로 역변환하는 인버터(6)와, 상기 인버터(6)의 교류전압에 의해 구동되는 권상용 전동기(24)와, 상기 권상용 전동기 (24)의 구동속도를 검출하는 속도검출기(20)와, 상기 인버터(6)와 권상용 전동기 (24) 사이에 위치하여 권상용 전동기(24)에 인가되는 전류를 검출하는 전류검출기(19)와, 상기 권상용 전동기(24)의 축과 연결되어져 감겨진 로프를 통해 권상용 전동기(24)의 회전 운동을 엘리베이터 카(11)의 직선운동으로 바꾸는 권상기(9)와, 상기 엘리베이터 카(11)의 움직임을 제어하는 브레이크(10)와, 상기 전류검출기(19)의 전류검출신호 및 상기 속도검출기(20)의 속도검출신호를 입력받아 그에 따른 제어신호를 출력하는 인버터 제어부(26)와, 상기 인버터 제어부(26)의 제어신호에 의해 상기 인버터(6)의 스위칭소자에 대한 게이트구동신호를 출력하는 게이트구동부(23)로 이루어진다. 여기서, 미설명부호 12는 카운터 웨이트다.
이와 같은 종래 엘리베이터 시스템의 동작을 설명한다.
먼저, 컨버터(4)는 상용 교류 전원을 입력받아 이를 직류전압으로 변환하고, 그 직류전압은 DC 링크(5)를 통해 평활된다.
그러면, 인버터(6)는 상기 직류전압을 입력받아 이를 뒤에서 언급할 게이트구동부(23)의 게이트 구동신호에 의해 다시 교류 전압으로 변환하여 권상용 전동기(24)를 구동시킨다.
이때, 전류검출기(19)는 상기 인버터(6)에서 권상용 전동기(24)에 인가되는 전류를 검출하여 그에 따른 전류검출신호를 인버터 제어부(26)에 인가한다.
이후, 권상기(9)는 상기 권상용 전동기(24)의 축과 연결되어져 감겨진 로프를 통해 그 권상용 전동기(24)의 회전운동을 엘리베이터 카(11)의 직선운동으로 바꾸고, 이때 브레이크(10)는 상기 엘리베이터 카(11)의 움직임을 제어한다.
여기서, 속도검출기(20)는 상기 권상용 전동기(24)의 속도를 검출하여 그에 따른 속도검출신호를 인버터 제어부(26)에 인가하고, 그러면 상기 인버터 제어부(26)는 상기 속도검출신호와 상기 전류검출신호를 입력받아 그에 따른 제어신호를 게이트구동부 (23)에 출력한다.
이에 따라, 상기 게이트구동부(23)는 상기 인버터(6)의 스위칭소자에 대한 게이트구동신호를 출력한다.
여기서, 입력전원을 직류전압으로 변환하는 컨버터(4)를 다이오드 컨버터로 사용하고, 엘리베이터 카(11)가 카운터 웨이트보다 무게가 가볍고 상승운전을 하는 등의 회생운전의 경우, 권상용 전동기(24)에서 발생한 회생 전력이 인버터(6)를 통하여 직류로 변환되어 DC 링크(5)에 충전되는데, 이때 상기 DC 링크(5)에 충전된 회생전력이 소정값 이상이 되면 스위칭소자(2)를 턴온시켜 상기 회생전력이 회생저항 (22)에서 소모되도록 한다.
또한, 입력전원을 직류전압으로 변환하는 컨버터(4)에 PWM 컨버터를 사용하는 경우에는 양방향으로 전력공급이 가능해지므로 회생 운전시에 회생저항(22)을 통하여 회생전력을 소비하지 않고 전원측으로 회생시킬 수 있다.
이와 같이 일반적인 엘리베이터 시스템에서는 이러한 회생전력을 회생저항에서 열에너지로 변환해서 소비한다. 따라서, 종래 기술에 따른 엘리베이터 시스템은 항상 상용 전원으로부터 전력을 공급받고, 엘리베이터의 회생시에 발생되는 전력은 회생저항에서 소비됨으로써 상용전력이 유효하게 사용되지 않는 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 엘리베이터 카의 승강시 발생되는 회생 에너지를 저장하고, 이를 구동 전원으로 이용함으로써, 상용 전력의 소비를 줄일 수 있는 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 회생 에너지의 저장 부재로서 새로운 개념의 배캐시터(bacacitor)를 이용함으로써, 에너지의 충전 및 방전 속도를 극대화하고, 또한 설치 무게 및 부피를 최소화할 수 있는 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 권상 전동기에서 회생부측으로 회생전력을 공급하는 회생운전시에는 다수의 에너지 저장부가 병렬로 연결되어 더욱 신속하게 충전되도록 하고, 회생부에서 권상 전동기측으로 회생전력을 공급하는 역행운전시에는 다수의 에너지 저장부가 직렬로 연결되어 고출력이 전원 공급이 가능한 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 상용 교류전원을 직류로 변환하는 컨버터, 상기 컨버터의 직류전압을 평활하는 DC 링크, 상기 DC 링크를 통해 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터, 상기 인버터의 교류전압에 의해 구동되는 권상용 전동기, 상기 권상용 전동기를 구동하기 위해 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 구비한 엘리베이터 시스템에 있어서, 회생 운전시 상기 전동기에 의해 발생하는 회생전력을 인버터를 통해 입력받아 이를 저장하고, 역행 운전시 저장된 회생전력을 상기 권상용 전동기의 구동전원으로 출력하는 회생부를 포함하고, 상기 회생부는 상기 DC 링크와 상기 인버터의 사이에 전기적으로 연결된 충방전부와, 상기 충방전부에 전기적으로 연결된 에너지 저장부를 포함한다.
상기 에너지 저장부는 10kW 내지 30kW의 전력을 10초 내지 30초 내에 충전하거나 방전한다.
상기 에너지 저장부는 슈퍼 캐패시터, 하이브리드 배터리 또는 배캐시터일 수 있다.
상기 충방전부는 상기 회생 운전시 상기 인버터 제어부로부터 충전 제어신호를 입력받고, 상기 역행 운전시 상기 인버터 제어부로부터 방전 제어신호를 입력받는다.
상기 에너지 저장부는 양극 활물질; 상기 양극 활물질의 일측에 위치된 음극 활물질; 상기 양극 활물질의 타측에 위치된 활성탄; 상기 양극 활물질, 상기 음극 활물질 및 상기 활성탄을 격리하는 세퍼레이터; 상기 양극 활물질에 전기적으로 연결된 양극판; 상기 음극 활물질 및 활성탄에 전기적으로 연결된 음극판; 상기 양극 활물질, 음극 활물질, 활성탄, 세퍼레이터, 양극판, 음극판과 함께 전해액을 수용하는 케이스를 포함하고, 상기 케이스를 통해서는 상기 양극판 및 상기 음극판이 외부로 돌출된다.
상기 케이스를 통해 돌출된 상기 양극판 및 상기 음극판의 폭은 상기 케이스 폭의 90% 내지 99%이다.
상기 에너지 저장부는 제1에너지 저장부와 제2에너지 저장부를 포함하고, 상기 제1,2에너지 저장부와 상기 충방전부의 사이에는 상기 제1,2에너지 저장부가 충전될 경우에는 병렬 연결되도록 하고, 방전될 경우에는 직렬 연결되도록 하는 배선부를 더 포함한다.
상기 배선부는 제1에너지 저장부의 양극에 연결된 양극 제1충전단 및 양극 제1방전단, 상기 제1에너지 저장부의 음극에 연결된 음극 제1충전단 및 음극 제1방전단, 상기 제2에너지 저장부의 양극에 연결된 양극 제2충전단 및 양극 제2방전단, 상기 제2에너지 저장부의 음극에 연결된 음극 제2충전단 및 음극 제2방전단을 포함한다.
상기 양극 제1,2충전단은 양극 충전 단자에 연결되고, 상기 음극 제1,2충전단은 음극 충전 단자에 연결되며, 상기 양극 제1방전단은 양극 방전 단자에 연결되고, 음극 제1방전단은 직렬 연결 스위치의 제1전극에 연결되며, 상기 양극 제2방전단은 상기 직렬 연결 스위치의 제2전극에 연결되고, 상기 음극 제2방전단은 음극 방전 단자에 연결된다.
상기 직렬 연결 스위치는 상기 회생 운전시 턴오프되어 상기 제1,2에너지 저장부가 병렬로 연결되도록 하고, 상기 직렬 연결 스위치는 상기 역행 운전시 턴온되어 상기 제1,2에너지 저장부가 직렬로 연결되도록 한다.
상기 DC 링크와 상기 인버터의 사이에는 양극 라인 및 음극 라인이 연결되고, 상기 충방전부는 상기 양극 라인을 상기 양극 충전 단자에 연결하는 충전 스위치와, 상기 양극 라인을 상기 양극 방전 단자에 연결하는 방전 스위치를 포함하고, 상기 음극 라인은 상기 음극 충전 단자 및 음극 방전 단자에 연결된다.
상기 충방전부는 충방전 제어부를 더 포함하고, 상기 충방전 제어부는 상기 인버터 제어부로부터 충전 제어 신호가 입력되면 상기 충전 스위치를 턴온하는 동시에, 상기 방전 스위치 및 직렬 연결 스위치를 턴오프하고, 상기 충방전 제어부는 상기 인버터 제어부로부터 방전 제어 신호가 입력되면 상기 방전 스위치 및 직렬 연결 스위치를 턴온하는 동시에, 상기 충전 스위치를 턴오프한다.
본 발명의 일 실시예는 엘리베이터 카의 승강시 발생되는 회생 에너지를 저장하고, 이를 구동 전원으로 이용함으로써, 상용 전력의 소비를 줄일 수 있는 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 회생 에너지의 저장 부재로서 새로운 개념의 배캐시터(bacacitor)를 이용함으로써, 에너지의 충전 및 방전 속도를 극대화하고, 또한 설치 무게 및 부피를 최소화할 수 있는 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 권상 전동기에서 회생부측으로 회생전력을 공급하는 회생운전시에는 다수의 에너지 저장부가 병렬로 연결되어 더욱 신속하게 충전되도록 하고, 회생부에서 권상 전동기측으로 회생전력을 공급하는 역행운전시에는 다수의 에너지 저장부가 직렬로 연결되어 고출력이 전원 공급이 가능한 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치를 제공한다.
도 1은 종래의 엘리베이터 시스템을 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치를 도시한 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치중 에너지 저장부의 일례를 도시한 단면도 및 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치의 일부 구성을 도시한 회로도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치는 상용 교류전원(1)을 입력받아 이를 직류로 변환하는 컨버터(4)와, 상기 컨버터(4)의 직류전압을 평활하는 DC 링크(5)와, 상기 DC 링크(4)를 통해 직류전압을 입력받아 이를 교류로 역변환하는 인버터(6)와, 상기 인버터(6)의 교류전압에 의해 구동되는 권상용 전동기(24)와, 상기 권상용 전동기(24)의 구동속도를 검출하는 속도검출기(20)와, 상기 인버터(6)와 권상용 전동기(24) 사이에 위치하여 그 권상용 전동기(24)에 인가되는 전류를 검출하는 전류검출기(19)와, 상기 권상용 전동기(24)의 축과 직결되어져 감겨진 로프를 통해 권상용 전동기(24)의 회전운동을 엘리베이터 카(11)의 직선운동으로 바꾸는 권상기(9)와, 상기 엘리베이터 카(11)의 움직임을 제어하는 브레이크(10)와, 상기 전류검출기(19)의 전류검출신호 및 상기 속도검출기(20)의 속도검출신호를 입력받아 그에 따른 제어신호를 출력하는 인버터 제어부(26)와, 상기 인버터 제어부(26)의 제어신호에 의해 상기 인버터(6)의 스위칭 소자에 대한 게이트구동신호를 출력하는 게이트구동부(23)와, 회생 운전시 상기 권상용 전동기(24)에 의해 발생하는 회생전력을 인버터(6)를 통해 입력받아 이를 저장하고, 역행 운전시 그 저장된 회생전력을 상기 권상용 전동기(24)의 구동전원으로 출력하는 회생부(100)를 포함한다.
또한, 상기 회생부(100)는 상기 인버터 제어부(26)의 제어신호에 의해 충방전을 제어하는 충방전부(120)와, 상기 충방전부(120)에 의해 충전 또는 방전되는 에너지 저장부(110)를 포함한다.
더불어, 상기 에너지 저장부(110)는 바람직하기로 10kW 내지 30kW의 전력을 10초 내지 30초 내에 충전하거나 방전하는 특성을 갖는 슈퍼 캐패시터, 하이브리드 배터리 또는 본 발명에서 제안하는 배캐시터 중에서 어느 하나 또는 그 결합체가 이용됨으로써, 효율적인 회생 에너지의 관리가 가능하도록 한다.
이와 같은 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 일반적인 동작은 종래와 동일하다, 즉, 컨버터(4)는 상용 교류전원(1)을 입력받아 이를 직류전압으로 변환하고, 그 직류전압은 DC 링크(5)를 통해 저장 및 평활된다.
그러면, 상기 인버터(6)는 상기 직류전압을 입력받아 이를 뒤에서 언급할 게이트구동부(23)의 게이트구동신호에 의해 다시 교류 전압으로 변환하여 권상용 전동기(24)를 구동시킨다.
이때, 전류검출기(19)는 상기 인버터(6)에서 권상용 전동기(24)에 인가되는 전류를 검출하여 그에 따른 전류검출신호를 인버터 제어부(26)에 인가한다.
이후, 권상기(9)는 상기 권상용 전동기(24)의 축과 연결되어져 감겨진 로프를 통해 그 권상용 전동기(24)의 회전운동을 엘리베이터 카(11)의 직선운동으로 바꾸고, 이때 브레이크(10)는 상기 엘리베이터 카(11)의 움직임을 제어한다.
여기서, 속도검출기(20)는 상기 권상용 전동기(24)의 속도를 검출하여 그에 따른 속도검출신호를 인버터 제어부(26)에 인가하고, 그러면 상기 인버터 제어부(26)는 상기 속도검출신호와 상기 전류검출신호를 입력받아 그에 따른 제어신호를 게이트구동부(23)에 출력한다. 이때 상기 인버터 제어부(26)는 일정 제어신호를 충방전부(120)에도 전송함으로써, 상기 충방전부(120)가 에너지 저장부(110)를 충전시키는 동작을 할지, 아니면 에너지 저장부(110)를 방전시키는 동작할지 결정하도록 한다.
계속해서, 상기 게이트구동부(23)는 상기 인버터(6)의 스위칭소자에 대한 게이트구동신호를 출력한다.
이때, 엘리베이터 카(11)가 카운터 웨이트(12) 보다 가볍고 상승운전을 수행하거나 엘리베이터 카(11)가 카운터 웨이트(12) 보다 더 무겁고 하강운전을 수행하는 경우, 권상용 전동기(24)는 회전운전을 하게 되어 그 권상용 전동기(24)에 의해 발생하는 회생전력이 인버터(6)를 통해 회생부(100)에 저장된다. 이때, 상술한 바와 같이 인버터 제어부(26)가 상기 충방전부(120)에 충전 제어신호를 출력함으로써, 상기 충방전부(120)는 상기 인버터(6)로부터의 전원에 의해 상기 배케시터(110)가 충전되도록 한다. 이러한 동작은 아래에서 다시 설명하기로 한다.
반대로, 엘리베이터 카(11)가 카운터 웨이트(12) 보다 무겁고 상승운전을 수행하거나 엘리베이터 카(11)가 카운터 웨이트(12) 보다 가볍고 하강운전을 하는 경우에는 권상용 전동기(24)가 역행운전을 하게 되어 상기 회생부(100)에 저장된 회생전력이 권상용 전동기 (24)로 공급되어 입력전원을 최소화하도록 한다. 즉, 상기 권상용 전동기(24)가 역행운전을 하게 되면, 상기 인버터 제어부(26)가 상기 충방전부(120)에 방전 제어신호를 출력함으로써, 상기 충방전부(120)는 상기 에너지 저장부(110)로부터의 전원을 상기 인버터(6)에 방전되도록 한다. 이러한 동작은 아래에서 다시 설명하기로 한다.
다시 말하여, 본 발명은 역행운전 및 회생운전을 반복하여 회생전력을 회생부(100)에 저장하거나 그 회생전력을 입력전원과 함께 권상용 전동기(24)의 구동전원으로 공급함으로써 입력전원으로부터의 소비전력을 최소화할 수 있다.
즉, 엘리베이터 회생영역에서의 회생에너지를 다이나믹 브레이킹 회로의 저항으로 소거하지 않고 기계적 에너지나 전기적 에너지로 저장한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치중 에너지 저장부의 일례를 도시한 단면도 및 사시도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 저장부(110)는 직육면체 형태로 형성된 양극활물질(111), 세퍼레이터(112), 직육면체 형태로 형성된 음극활물질(113), 직육면체 형태로 형성된 활성탄(114), 상기 양극활물질(111)이 전기적으로 연결된 양극판(115), 상기 음극활물질(113) 및 활성탄(114)이 전기적으로 연결된 음극판(116), 전해액(미도시) 및 상기 구성 요소를 외부와 격리하며, 상기 양극판(115) 및 음극판(116)의 일부 영역이 외측으로 노출되도록 하는 케이스(117)를 포함한다.
본 발명에서 이러한 구조를 배캐시터(bacacitor)로 정의한다. 비록 당업계에서 이러한 용어를 처음으로 사용하였지만, 이러한 배캐시터는 위와 같은 구성 요소로 이루어진 것으로 정의한다.
여기서, 상기 세퍼레이터(112)는 양극활물질(111)과 상기 음극활물질(113) 및 활성탄(114) 사이에 개재됨으로써, 상호간 쇼트되지 않도록 하는 역할을 한다. 물론, 이러한 세퍼레이터(112)는 양극활물질(111)과 음극판(116), 음극활물질(113) 및 활성탄(114)과 상기 양극판(115)이 상호간 쇼트되지 않도록 하는 역할도 한다. 또한, 도면에서는 활성탄(114)이 음극판(116)에 부착된 것으로 도시되어 있으나, 이는 경우에 따라 양극판(115)에 부착될 수도 있다.
여기서, 상기 양극활물질(111)은 주지의 리튬이온전지에 사용되는 리튬산화물일 수 있고, 음극활물질(113) 역시 주지의 리튬이온전지에 사용되는 탄소재질(예를 들면, 그래파이트)일 수 있다. 더불어, 세퍼레이터(112)는 리튬 이온의 이동이 가능한 다공성의 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌, 또는 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 더불어, 상기 전해액 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
한편, 상기 활성탄(114)은 표면적에 따라 정전 용량이 증가하기 때문에 표면적이 큰 것일수록 바람직하고, 전기 저항이 작을수록 바람직하며, 강도가 높을 수록 바람직하다. 일례로, 상기 활성탄(114)은 폐놀(phenol)계([C63H55O11]n), PAN계([C3NH3]n), 피치(pitch)계([C123H80NO]n), 셀룰로오스계([C6H10O5]n) 등이 바람직하다.
계속해서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 양극판(115) 및 음극판(116)중 케이스(117)의 외측으로 노출된 영역은 케이스(117)의 전체 폭 대비 대략 90% 내지 99%의 폭으로 형성될 수 있다. 따라서, 양극판(115) 및 음극판(116)의 폭이 상대적으로 넓게 형성되기 때문에, 충전 및 방전시에 대전류로 충전 및 방전하는데 유리하다.
더불어, 상술한 바와 같은 구성에 의해 에너지 저장부(110)는 순간적인 대출력이 가능하고, 또한 비교적 긴 시간에 걸쳐 일정량의 에너지를 방출할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 에너지 저장부(110)는 에너지 밀도가 높을뿐만 아니라 출력 밀도도 높음으로써, 수초 내지 수분동안 충전 또는 방전하는 엘리베이터 시스템에 적합하다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치의 일부 구성을 도시한 회로도이다.
한편, 본 발명에서는 더욱 신속하고 효율적인 충전과, 대출력을 위해 충전시에는 에너지 저장부가 병렬로 연결되고, 방전시에는 에너지 저장부가 직렬로 연결되는 구성을 채택할 수 있다.
이를 위해 본 발명은 에너지 저장부(110)와 충방전부(120)의 사이에 직렬 연결 스위치(SW1) 및 다이오드(D1)를 갖는 배선부(130)를 포함한다.
비록, 도면에서는 2개의 에너지 저장부(110a,110b)를 예로 하였으나, 이러한 개수로 한정되는 것은 아니며 2개 이상의 에너지 저장부(110a,110b)도 가능함은 당연하다.
상기 배선부(130)는 제1에너지 저장부(110a)의 양극에 연결된 양극 제1충전단(C1+), 양극 제1방전단(D1+), 상기 제1에너지 저장부(110a)의 음극에 연결된 음극 제1충전단(C1-), 음극 제1방전단(D1-)을 포함한다. 여기서, 상기 양극 제1충전단(C1+)은 양극 충전 단자(CP+)에 연결되고, 음극 제1충전단(C1-)은 음극 충전 단자(CP-)에 연결된다. 또한 양극 제1방전단(D1+)은 양극 방전 단자(DP+)에 연결되고, 음극 제1방전단(D1-)은 다이오드(D1)를 통하여 직렬 연결 스위치(SW1)의 제1전극에 연결된다.
또한, 상기 배선부(130)는 제2에너지 저장부(110b)의 양극에 연결된 양극 제2충전단(C2+), 양극 제2방전단(D2+), 상기 제2에너지 저장부(110b)의 음극에 연결된 음극 제2충전단(C2-), 음극 제2방전단(D2-)을 포함한다. 여기서, 상기 양극 제2충전단(C2+)은 양극 충전 단자(CP+)에 연결되고, 음극 제2충전단(C2-)은 음극 충전 단자(CP-)에 연결된다. 또한 양극 제2방전단(D2+)은 직렬 연결 스위치(SW1)의 제2전극에 연결되고, 음극 제2방전단(D2-)은 음극 방전 단자(DP-)에 연결된다.
한편, 상기 충방전부(120)는 기본적으로 상기 인버터 제어부(26)의 제어 신호를 참조하여, 충전 동작을 할지 또는 방전 동작을 할지 결정한다. 더불어, 여기서 상기 DC 링크(5)와 인버터(6) 사이에 양극라인(6a) 및 음극라인(6b)이 연결된 것으로 정의한다. 더불어, 상기 충방전부(120)는 충전 스위치(SW2), 다이오드(D2), 방전 스위치(SW3), 다이오드(D3) 및 충방전 제어부(121)를 포함한다. 물론, 경우에 따라 직류 전압 레벨의 변환이 필요할 수도 있기 때문에, 상기 배선부(130)와 양,음극라인(6a,6b)의 사이에는 DC-DC 컨버터(122)가 연결될 수 있다. 이러한 DC-DC 컨버터(122)의 스위칭 주파수는 상기 제어부(121)에 의해 제어된다.
상기 양극라인(6a)은 충전 스위치(SW2) 및 다이오드(D2)를 통하여 상기 양극 충전단자(CP+)에 연결되고, 또한 방전 스위치(SW3) 및 다이오드(D3)를 통하여 양극 방전 단자(DP+)에 연결된다. 더불어, 상기 음극라인(6b)은 상기 음극 충전 단자(CP-) 및 양극 방전 단자(DP-)에 각각 연결된다. 또한, 상기 충전 스위치(SW2)의 제어 전극 및 상기 방전 스위치(SW3)의 제어 전극은 각각 제어부(121)에 연결되며, 상기 방전 스위치(SW3)의 제어 전극은 상기 직렬 연결 스위치(SW1)의 제어 전극에 연결된다. 여기서, 상기 직렬 연결 스위치(SW1), 충전 스위치(SW2) 및 방전 스위치(SW3)는 모두 N채널 MOSFET일 수 있으나, 이러한 종류로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 더불어, 이러한 구성에 의해 상기 직렬 연결 스위치(SW1) 및 방전 스위치(SW3)는 함께 턴온되거나 또는 함께 턴오프된다.
이와 같이 하여, 본 발명은 인버터 제어부(26)로부터 충방전 제어부(121)에 충전 제어 신호가 입력되면, 상기 충방전 제어부(121)는 충전 스위치(SW2)를 턴온하고, 방전 스위치(SW3) 및 직렬 연결 스위치(SW1)를 턴오프한다. 그러면, 상기 제1에너지 저장부(121a) 및 제2에너지 저장부(121b)는 실질적으로 양극 충전 단자(CP+) 및 음극 충전 단자(CP-)에 대하여 병렬로 연결된다. 즉, 제1에너지 저장부(121a) 및 제2에너지 저장부(121b)는 상기 직렬 연결 스위치(SW1)가 턴오프되기 때문에 직렬 연결 상태가 해제된다.
이에 따라, 인버터(6)로부터 공급되는 충전 전압 및 전류는 DC-DC 컨버터(122)에 의해 레벨 변환된 이후 충전 스위치(SW2) 및 다이오드(D2)를 통하여 양극 충전 단자(CP+)와 음극 충전 단자(CP-)에 공급되고, 따라서 각각의 제1에너지 저장부(110a)와 제2에너지 저장부(110b)는 충전 단자(CP+,CP-)에 대하여 병렬로 연결되어 충전된다. 따라서, 제1에너지 저장부(110a) 및 제2에너지 저장부(110b)의 더욱 신속한 충전이 가능하다.
또한, 본 발명은 인버터 제어부(26)로부터 충방전 제어부(121)에 방전 제어 신호가 입력되면, 상기 충방전 제어부(121)는 방전 스위치(SW3) 및 직렬 연결 스위치(SW1)를 턴온하고, 충전 스위치(SW2)를 턴오프한다. 그러면, 상기 제1에너지 저장부(110a) 및 제2에너지 저장부(110b)는 실질적으로 양극 방전 단자(DP+) 및 음극 방전 단자(DP-)에 대하여 직렬로 연결된다. 즉, 제1에너지 저장부(110a) 및 제2에너지 저장부(110b)는 상기 직렬 연결 스위치(SW1)가 턴온되기 때문에 직렬 연결 상태가 된다.
이에 따라, 직렬 연결된 제1에너지 저장부(110a) 및 제2에너지 저장부(110b)로부터 공급되는 방전 전압 및 전류는 다이오드(D3) 및 방전 스위치(SW3)를 통하여 양극 방전 단자(DP+)와 음극 방전 단자(DP-)에 공급되고, 따라서 각각의 제1에너지 저장부(110a)와 제2에너지 저장부(110b)는 방전 단자(DP+,DP-)에 대하여 직렬로 방전된다. 따라서, 제1에너지 저장부(110a) 및 제2에너지 저장부(110b)의 고출력 방전이 가능하다. 물론, 이때 상기 방전 단자(DP+,DP-)로부터의 전압은 상기 DC-DC 컨버터(122)에 의해 적절한 레벨로 변환되어 인버터(6)에 공급된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 회생부
110; 에너지 저장부
120; 충방전부

Claims (12)

  1. 상용 교류전원을 직류로 변환하는 컨버터, 상기 컨버터의 직류전압을 평활하는 DC 링크, 상기 DC 링크를 통해 평활된 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터, 상기 인버터의 교류전압에 의해 구동되는 권상용 전동기, 상기 권상용 전동기를 구동하기 위해 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 구비한 엘리베이터 시스템에 있어서,
    회생 운전시 상기 전동기에 의해 발생하는 회생전력을 상기 인버터를 통해 입력받아 이를 저장하고, 역행 운전시 저장된 회생전력을 상기 권상용 전동기의 구동전원으로 출력하는 회생부를 포함하고,
    상기 회생부는 상기 DC 링크와 상기 인버터의 사이에 전기적으로 연결된 충방전부와, 상기 충방전부에 전기적으로 연결된 에너지 저장부를 포함하고,
    상기 에너지 저장부는 제1에너지 저장부와 제2에너지 저장부를 포함하며,
    상기 제1,2에너지 저장부와 상기 충방전부의 사이에는 상기 제1,2에너지 저장부가 충전될 경우에는 병렬 연결되도록 하고, 방전될 경우에는 직렬 연결되도록 하는 배선부를 더 포함하고,
    상기 배선부는 제1에너지 저장부의 양극에 연결된 양극 제1충전단 및 양극 제1방전단, 상기 제1에너지 저장부의 음극에 연결된 음극 제1충전단 및 음극 제1방전단,
    상기 제2에너지 저장부의 양극에 연결된 양극 제2충전단 및 양극 제2방전단, 상기 제2에너지 저장부의 음극에 연결된 음극 제2충전단 및 음극 제2방전단을 포함하며,
    상기 양극 제1,2충전단은 양극 충전 단자에 연결되고, 상기 음극 제1,2충전단은 음극 충전 단자에 연결되며,
    상기 양극 제1방전단은 양극 방전 단자에 연결되고, 음극 제1방전단은 하나의 직렬 연결 스위치의 제1전극에 연결되며,
    상기 양극 제2방전단은 상기 하나의 직렬 연결 스위치의 제2전극에 연결되고,
    상기 음극 제2방전단은 음극 방전 단자에 연결되며,
    상기 하나의 직렬 연결 스위치는 상기 회생 운전시 턴오프되어 상기 제1,2에너지 저장부가 병렬로 연결되도록 하고,
    상기 하나의 직렬 연결 스위치는 상기 역행 운전시 턴온되어 상기 제1,2에너지 저장부가 직렬로 연결되도록 함을 특징으로 하는 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 저장부는 10kW 내지 30kW의 전력을 10초 내지 30초 내에 충전하거나 방전함을 특징으로 하는 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 저장부는
    슈퍼 캐패시터, 하이브리드 배터리 또는 배캐시터인 것을 특징으로 하는 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 충방전부는 상기 회생 운전시 상기 인버터 제어부로부터 충전 제어신호를 입력받고, 상기 역행 운전시 상기 인버터 제어부로부터 방전 제어신호를 입력받음을 특징으로 하는 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 에너지 저장부는
    양극 활물질;
    상기 양극 활물질의 일측에 위치된 음극 활물질;
    상기 양극 활물질의 타측에 위치된 활성탄;
    상기 양극 활물질, 상기 음극 활물질 및 상기 활성탄을 격리하는 세퍼레이터;
    상기 양극 활물질에 전기적으로 연결된 양극판;
    상기 음극 활물질 및 활성탄에 전기적으로 연결된 음극판;
    상기 양극 활물질, 음극 활물질, 활성탄, 세퍼레이터, 양극판, 음극판과 함께 전해액을 수용하는 케이스를 포함하고,
    상기 케이스를 통해서는 상기 양극판 및 상기 음극판이 외부로 돌출된 것을 특징으로 하는 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 케이스를 통해 돌출된 상기 양극판 및 상기 음극판의 폭은 상기 케이스 폭의 90% 내지 99%인 것을 특징으로 하는 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC 링크와 상기 인버터의 사이에는 양극 라인 및 음극 라인이 연결되고,
    상기 충방전부는
    상기 양극 라인을 상기 양극 충전 단자에 연결하는 충전 스위치와,
    상기 양극 라인을 상기 양극 방전 단자에 연결하는 방전 스위치를 포함하고,
    상기 음극 라인은 상기 음극 충전 단자 및 음극 방전 단자에 연결됨을 특징으로 하는 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 충방전부는 충방전 제어부를 더 포함하고,
    상기 충방전 제어부는 상기 인버터 제어부로부터 충전 제어 신호가 입력되면 상기 충전 스위치를 턴온하는 동시에, 상기 방전 스위치 및 직렬 연결 스위치를 턴오프하고,
    상기 충방전 제어부는 상기 인버터 제어부로부터 방전 제어 신호가 입력되면 상기 방전 스위치 및 직렬 연결 스위치를 턴온하는 동시에, 상기 충전 스위치를 턴오프함을 특징으로 하는 엘리베이터 시스템의 회생 에너지 저장 장치.
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