KR101373566B1 - Hybrid energy storage system and method - Google Patents

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Abstract

복합형 에너지 저장장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 복합형 에너지 저장장치는, 양방향 DC/DC 컨버터의 일 측이 DC 링크 커패시터에 연결되고 타 측이 UC와 배터리에 연결되고, UC와 양방향 DC/DC 컨버터 사이에 마련되어 UC와 DC 링크 커패시터 간의 에너지 흐름 경로를 양방향으로 제공하는 제1 양방향 스위치와 배터리와 양방향 DC/DC 컨버터 사이에 마련되어 배터리와 DC 링크 커패시터 간의 에너지 흐름 경로를 양방향으로 제공하는 제2 양방향 스위치를 포함한다. 이에 의해, 다양한 다수의 에너지 저장소들 간의 에너지 흐름이 단일 양방향 DC/DC 컨버터로 가능해지므로, 각각의 에너지 저장소에 대하여 별도의 양방향 직류-직류 컨버터가 필요 없게 된다.Complex energy storage devices and methods are provided. In the hybrid energy storage device according to the embodiment of the present invention, one side of the bidirectional DC / DC converter is connected to the DC link capacitor, the other side is connected to the UC and the battery, and is provided between the UC and the bidirectional DC / DC converter. And a second bidirectional switch providing bidirectionally an energy flow path between the DC link capacitor and a second bidirectional switch provided between the battery and the bidirectional DC / DC converter to bidirectionally provide an energy flow path between the battery and the DC link capacitor. This allows energy flow between various multiple energy stores into a single bidirectional DC / DC converter, eliminating the need for a separate bidirectional DC-DC converter for each energy store.

Description

복합형 에너지 저장장치 및 방법{Hybrid energy storage system and method}Hybrid energy storage system and method

본 발명은 에너지 저장장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 에너지 저장소를 구비하고 있는 복합형 에너지 저장장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an energy storage device, and more particularly, to a hybrid energy storage device and a method having a variety of energy storage.

최근 신재생 에너지 변환 기술이 발전함에 따라서 신재생 에너지원 시스템들의 전력망 연계를 위해 전력망 연계 기준이 강화되고 있다. 특히, 5MW 이상의 해상 풍력 발전의 경우 발전 전력량이 높고, 발전량 예측이 어려워 전력망 연계 기준이 강화됨으로써 풍력전력 변환시스템(Wind power conversion system)에 별도의 에너지 저장장치가 요구된다.Recently, with the development of renewable energy conversion technology, grid linkage standards are being strengthened to link grids with renewable energy source systems. In particular, in the case of offshore wind power generation of 5MW or more, the amount of generated power is high, and it is difficult to predict the amount of power generation, so that the power grid linkage standard is strengthened, so that an additional energy storage device is required for the wind power conversion system.

이러한 에너지 저장장치는 신재생 에너지원이 전력망이 요구하는 이상의 전력을 생산할 경우 잉여전력을 저장하고, 전력망이 요구하는 이하의 전력을 생산할 경우 부족전력을 공급하는 기능을 한다.The energy storage device stores the surplus power when the renewable energy source produces more power than required by the grid, and supplies insufficient power when the renewable energy source produces less than the power required by the grid.

이러한 에너지 저장장치는 높은 전력 밀도(High power density)와 높은 에너지 밀도(High energy density)의 전기적 특성이 요구된다. 따라서, 높은 전력 밀도를 특징하는 울트라 커패시터와 높은 에너지 밀도를 특징하는 배터리가 에너지 저장소으로서 전력변환 장치와 함께 복합형 에너지 저장장치(Hybrid energy storage system)로 활용된다.Such energy storage devices require electrical characteristics of high power density and high energy density. Thus, ultracapacitors featuring high power densities and batteries with high energy densities are utilized as hybrid energy storage systems with power converters as energy storage.

도 1은 기존의 복합형 에너지 저장장치의 회로도이다. 도 1에서 VUC는 높은 전력밀도를 특징으로 하는 울트라 커패시터 전압이고, VBT는 높은 에너지 밀도를 특징으로 하는 배터리 전압을 나타낸다. VDC는 DC 링크 커패시터인 CDC의 전압으로서 VUC와 VBT 보다 항상 높은 전압으로 유지된다.1 is a circuit diagram of a conventional hybrid energy storage device. In FIG. 1, V UC is an ultracapacitor voltage characterized by high power density, and V BT represents a battery voltage characterized by high energy density. V DC is the voltage of C DC , the DC link capacitor, which is always kept higher than V UC and V BT .

SA1, DA1, SA2, DA2 및 LA에 의해 구성되는 양방향 DC/DC 컨버터는 배터리와 DC 링크 커패시터에 위치하여, DC 링크 커패시터의 낮은 전력 변동(Long-term power fluctuation)을 보상한다.The bi-directional DC / DC converter, composed of S A1 , D A1 , S A2 , D A2 and LA , is located in the battery and the DC link capacitor to compensate for the long-term power fluctuation of the DC link capacitor.

한편, SB1, DB1, SB2, DB2 및 LB에 의해 구성되는 또 다른 양방향 DC/DC 컨버터는 울트라 커패시터와 DC 링크 커패시터에 위치하여, DC 링크 커패시터의 높은 전력 변동(Short-term power fluctuation)을 보상한다. 구체적으로, DC 링크 커패시터의 전압이 급감 또는 급증 시 울트라 커패시터를 통한 빠른 충전 및 방전으로 DC 링크 커패시터의 전압을 일정하게 유지시킨다.On the other hand, another bidirectional DC / DC converter composed of S B1 , D B1 , S B2 , D B2 and L B is located in the ultra capacitor and the DC link capacitor, so that the short-term power of the DC link capacitor to compensate for fluctuations. Specifically, when the voltage of the DC link capacitor suddenly decreases or rapidly increases, the voltage of the DC link capacitor is kept constant by rapid charging and discharging through the ultra capacitor.

도 1에 도시된 복합형 에너지 저장장치는 각각의 에너지 저장소에 대하여 별도의 양방향 직류-직류 컨버터가 필요하다는 점에서, 회로 구조 설계가 복잡해짐은 물론, 설치비와 유지비를 상승시키는 문제를 야기한다.
The complex energy storage device shown in FIG. 1 requires a separate bidirectional DC-DC converter for each energy store, which not only complicates the circuit structure design but also raises installation and maintenance costs.

일본 공개특허공보 특개2001-260718호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2001-260718 한국 공개특허공보 10-2011-0073635호Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2011-0073635

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 다양한 다수의 에너지 저장소들 간의 에너지 흐름을 단일 양방향 DC/DC 컨버터로 가능하도록 한 복합형 에너지 저장장치 및 방법을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a hybrid energy storage device and method for enabling energy flow between various multiple energy stores with a single bidirectional DC / DC converter. Is in.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 복합형 에너지 저장장치는, UC(Ultra Capacitor); 배터리; DC 링크 커패시터; 일 측이 DC 링크 커패시터에 연결되고, 타 측이 UC와 배터리에 연결된 양방향 DC/DC 컨버터; UC와 양방향 DC/DC 컨버터 사이에 마련되어, UC와 DC 링크 커패시터 간의 에너지 흐름 경로를 양방향으로 제공하는 제1 양방향 스위치; 및 배터리와 양방향 DC/DC 컨버터 사이에 마련되어, 배터리와 DC 링크 커패시터 간의 에너지 흐름 경로를 양방향으로 제공하는 제2 양방향 스위치;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a hybrid energy storage device, UC (Ultra Capacitor); battery; DC link capacitors; A bidirectional DC / DC converter connected at one side to a DC link capacitor and at the other to a UC and a battery; A first bidirectional switch provided between the UC and the bidirectional DC / DC converter to provide an energy flow path between the UC and the DC link capacitor in both directions; And a second bidirectional switch provided between the battery and the bidirectional DC / DC converter to provide an energy flow path between the battery and the DC link capacitor in both directions.

그리고, 상기 제1 양방향 스위치는, UC에 저장된 에너지를 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 DC 링크 커패시터로 전달하거나, DC 링크 커패시터에 저장된 에너지를 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 UC로 전달할 수 있다.The first bidirectional switch may transfer energy stored in the UC to the DC link capacitor through the bidirectional DC / DC converter, or transfer energy stored in the DC link capacitor to the UC through the bidirectional DC / DC converter.

또한, UC와 DC 링크 커패시터 간 에너지 흐름의 방향은, 제1 양방향 스위치 내에 마련된 다수의 스위칭 소자들의 스위칭 상태들을 기초로 결정될 수 있다.In addition, the direction of energy flow between the UC and the DC link capacitor may be determined based on switching states of the plurality of switching elements provided in the first bidirectional switch.

그리고, 양방향 DC/DC 컨버터는, 내부에 마련된 제1 스위치를 턴-온 시켜 UC에 저장된 에너지를 내부 인덕터로 전달시킨 후, 제1 스위치를 턴-오프 시켜 내부 인덕터에 저장된 에너지를 DC 링크 커패시터로 전달할 수 있다.In addition, the bidirectional DC / DC converter turns on the first switch provided therein to transfer the energy stored in the UC to the internal inductor, and then turns off the first switch to convert the energy stored in the internal inductor into the DC link capacitor. I can deliver it.

또한, 양방향 DC/DC 컨버터는, 내부에 마련된 제2 스위치를 턴-온 시켜 DC 링크 커패시터에 저장된 에너지를 내부 인덕터로 전달시킨 후, 제2 스위치를 턴-오프 시켜 내부 인덕터에 저장된 에너지를 UC로 전달할 수 있다.In addition, the bidirectional DC / DC converter turns on the second switch provided therein to transfer the energy stored in the DC link capacitor to the internal inductor, and then turns off the second switch to convert the energy stored in the internal inductor to UC. I can deliver it.

그리고, 상기 제2 양방향 스위치는, 배터리에 저장된 에너지를 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 DC 링크 커패시터로 전달하거나, DC 링크 커패시터에 저장된 에너지를 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 배터리로 전달할 수 있다.The second bidirectional switch may transfer energy stored in the battery to the DC link capacitor through the bidirectional DC / DC converter, or transfer energy stored in the DC link capacitor to the battery through the bidirectional DC / DC converter.

또한, 배터리UC와 DC 링크 커패시터 간 에너지 흐름의 방향은, 제2 양방향 스위치 내에 마련된 다수의 스위칭 소자들의 스위칭 상태들을 기초로 결정될 수 있다.In addition, the direction of energy flow between the battery UC and the DC link capacitor may be determined based on switching states of the plurality of switching elements provided in the second bidirectional switch.

그리고, 양방향 DC/DC 컨버터는, 내부에 마련된 제1 스위치를 턴-온 시켜 배터리에 저장된 에너지를 내부 인덕터로 전달시킨 후, 제1 스위치를 턴-오프 시켜 내부 인덕터에 저장된 에너지를 DC 링크 커패시터로 전달할 수 있다.In addition, the bidirectional DC / DC converter turns on the first switch provided therein to transfer energy stored in the battery to the internal inductor, and then turns off the first switch to convert the energy stored in the internal inductor into the DC link capacitor. I can deliver it.

또한, 양방향 DC/DC 컨버터는, 내부에 마련된 제2 스위치를 턴-온 시켜 DC 링크 커패시터에 저장된 에너지를 내부 인덕터로 전달시킨 후, 제2 스위치를 턴-오프 시켜 내부 인덕터에 저장된 에너지를 배터리로 전달할 수 있다.In addition, the bidirectional DC / DC converter turns on the second switch provided therein to transfer the energy stored in the DC link capacitor to the internal inductor, and then turns off the second switch to convert the energy stored in the internal inductor into the battery. I can deliver it.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 복합형 에너지 저장방법은, UC와 양방향 DC/DC 컨버터 사이에 마련된 제1 양방향 스위치로 UC와 DC 링크 커패시터 간의 에너지 흐름을 제어하는 단계; 및 배터리와 양방향 DC/DC 컨버터 사이에 마련된 제2 양방향 스위치로 배터리와 DC 링크 커패시터 간의 에너지 흐름을 제어하는 단계;를 포함한다.
On the other hand, the hybrid energy storage method according to another embodiment of the present invention, the step of controlling the energy flow between the UC and the DC link capacitor with a first bi-directional switch provided between the UC and the bi-directional DC / DC converter; And controlling energy flow between the battery and the DC link capacitor with a second bidirectional switch provided between the battery and the bidirectional DC / DC converter.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다양한 다수의 에너지 저장소들 간의 에너지 흐름이 단일 양방향 DC/DC 컨버터로 가능해지므로, 각각의 에너지 저장소에 대하여 별도의 양방향 직류-직류 컨버터가 필요 없게 된다. 이에 따라, 회로 구조 설계가 간단해져, 회로 부품 수와 부피가 감소 됨은 물론, 설치비와 유지비를 낮출 수 있고, 에너지 효율이 높아지며 성능이 개선된다.
As described above, according to the present invention, energy flow between various multiple energy stores is made possible by a single bidirectional DC / DC converter, thereby eliminating the need for a separate bidirectional DC-DC converter for each energy store. This simplifies the circuit structure design, which reduces the number and volume of circuit components, as well as lowers installation and maintenance costs, increases energy efficiency and improves performance.

도 1은 기존의 복합형 에너지 저장장치의 회로도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 에너지 저장장치의 회도로, 그리고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합형 에너지 저장장치의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a conventional hybrid energy storage device,
2 is a circuit diagram of a hybrid energy storage device according to an embodiment of the present invention, and
3 is a circuit diagram of a hybrid energy storage device according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 에너지 저장장치의 회도로이다. 본 실시예에 따른 복합형 에너지 저장장치는, 다수의 에너지 저장소를 구비하는데 양방향 DC/DC 컨버터는 하나만 구비한다. 대신, 서로 다른 에너지 저장소에 대한 양방향 전력 흐름 제어를 위해 양방향 전력 스위치들을 구비한다.2 is a circuit diagram of a hybrid energy storage device according to an embodiment of the present invention. The hybrid energy storage device according to the present embodiment includes a plurality of energy stores, but only one bidirectional DC / DC converter. Instead, bidirectional power switches are provided for bidirectional power flow control for different energy stores.

이와 같은 기능을 수행하기 위해, 본 실시예에 따른 복합형 에너지 저장장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, UC(Ultra Capacitor : 울트라 커패시터)(110), 배터리(BT)(120), BPS-UC(Bidirectional Power Switch - UC)(130), BPS-BT(Bidirectional Power Switch - BT)(140), 양방향 DC/DC 컨버터(150) 및 DC 링크 커패시터(CDC)(160)를 구비한다.In order to perform such a function, the hybrid energy storage device according to the present embodiment, as shown in Figure 2, UC (Ultra Capacitor: Ultra Capacitor) 110, Battery (BT) 120, BPS- A bidirectional power switch (UC) 130, a bidirectional power switch-BT 140, a bidirectional DC / DC converter 150, and a DC link capacitor (C DC ) 160 are provided.

UC(110), 배터리(120) 및 DC 링크 커패시터(160)는 에너지를 저장하는 저장소로 기능한다. 도 2에서 VUC, VBT 및 VDC는, 각각 UC(110)의 전압, 배터리(120)의 전압 및 DC 링크 커패시터(160)의 전압을 나타낸다.UC 110, battery 120, and DC link capacitor 160 serve as a reservoir for storing energy. In FIG. 2, V UC , V BT, and V DC represent the voltage of the UC 110, the voltage of the battery 120, and the voltage of the DC link capacitor 160, respectively.

양방향 DC/DC 컨버터(150)는, 1) 일 측이 DC 링크 커패시터(160)에 연결되고, 2) 타 측은 BPS-UC(130)를 통해 UC(110)에 연결되는 한편, BPS-BT(140)를 통해 배터리(120)에 연결된다. 양방향 DC/DC 컨버터(150)는, 양방향 DC/DC 변환을 위한 소자로, 도 2에 도시된 바와 같이 SB1, DB1, SB2, DB2 및 LB로 구성된다.The bidirectional DC / DC converter 150 has 1) one side connected to the DC link capacitor 160, and 2) the other side connected to the UC 110 through the BPS-UC 130, while the BPS-BT ( It is connected to the battery 120 via 140. The bidirectional DC / DC converter 150 is a device for bidirectional DC / DC conversion, and is composed of S B1 , D B1 , S B2 , D B2, and L B as shown in FIG. 2.

BPS-UC(130)는 UC(110)와 양방향 DC/DC 컨버터(150) 사이에 연결되는 양방향 전력 스위치로, UC(110)와 DC 링크 커패시터(160) 간 에너지 흐름의 방향을 제어한다. 양방향 스위칭을 위해 BPS-UC(130)는, 도 2에 도시된 바와 같이 SUC1, DUC1, SUC2 및 DUC2로 구성된다.The BPS-UC 130 is a bidirectional power switch connected between the UC 110 and the bidirectional DC / DC converter 150 and controls the direction of energy flow between the UC 110 and the DC link capacitor 160. For bidirectional switching, the BPS-UC 130 is composed of S UC1 , D UC1 , S UC2, and D UC2 as shown in FIG. 2.

BPS-BT(140)는 배터리(120)와 양방향 DC/DC 컨버터(150) 사이에 연결되는 양방향 전력 스위치로, 배터리(120)와 DC 링크 커패시터(160) 간 에너지 흐름의 방향을 제어한다. 양방향 스위칭을 위해 BPS-BT(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이 SBT1, DBT1, SBT2 및 DBT2로 구성된다.The BPS-BT 140 is a bidirectional power switch connected between the battery 120 and the bidirectional DC / DC converter 150 and controls the direction of energy flow between the battery 120 and the DC link capacitor 160. For bidirectional switching, the BPS-BT 140 is composed of S BT1 , D BT1 , S BT2, and D BT2 as shown in FIG. 2.

DC 링크 커패시터(160)로부터 UC(110)로 에너지 전달은, BPS-UC(130)의 SUC1를 턴-온 시킨 상태에서 DC/DC 컨버터(150)의 SB2를 제어하여 수행된다.Energy transfer from the DC link capacitor 160 to the UC 110 is performed by controlling S B2 of the DC / DC converter 150 while turning on S UC1 of the BPS-UC 130.

구체적으로, DC/DC 컨버터(150)의 SB2를 턴-온 시켜, DC 링크 커패시터(160), DC/DC 컨버터(150)의 SB2와 LB, BPS-UC(130)의 DUC1와 SUC1 및 UC(110)에 의한 루프를 형성시켜, DC 링크 커패시터(160)에 저장된 에너지를 LB로 전달한다.Specifically, S B2 of the DC / DC converter 150 is turned on so that the DC link capacitor 160, S B2 and L B of the DC / DC converter 150, and D UC1 and BPS-UC 130 of the DC link capacitor 160 are turned on. Loops by S UC1 and UC 110 are formed to transfer the energy stored in DC link capacitor 160 to L B.

이후, DC/DC 컨버터(150)의 SB2를 턴-오프 시켜, DC/DC 컨버터(150)의 DB1와 LB, BPS-UC(130)의 DUC1와 SUC1 및 UC(110)에 의한 루프를 형성시켜, LB에 저장된 에너지를 UC(110)로 전달한다.Thereafter, S B2 of the DC / DC converter 150 is turned off, so that the D B1 and L B of the DC / DC converter 150 and the D UC1 and S UC1 and UC 110 of the BPS-UC 130 are turned off. Form a loop to transfer energy stored in L B to UC 110.

UC(110)로부터 DC 링크 커패시터(160)로 에너지 전달은, BPS-UC(130)의 SUC2를 턴-온 시킨 상태에서 DC/DC 컨버터(150)의 SB1을 제어하여 수행된다.Energy transfer from the UC 110 to the DC link capacitor 160 is performed by controlling S B1 of the DC / DC converter 150 while turning on S UC2 of the BPS-UC 130.

구체적으로, DC/DC 컨버터(150)의 SB1을 턴-온 시켜, UC(110), BPS-UC(130)의 SUC2와 DUC2 및 DC/DC 컨버터(150)의 LB와 SB1에 의한 루프를 형성시켜, UC(110)에 저장된 에너지를 LB로 전달한다.Specifically, S B1 of the DC / DC converter 150 is turned on so that S UC2 and D UC2 of the UC 110 and BPS-UC 130 and L B and S B1 of the DC / DC converter 150 are turned on. Form a loop by to transfer the energy stored in the UC (110) to L B.

이후, DC/DC 컨버터(150)의 SB1을 턴-오프 시켜, DC/DC 컨버터(150)의 LB와 DB2, DC 링크 커패시터(160), UC(110), BPS-UC(130)의 SUC2와 DUC2에 의한 루프를 형성시켜, LB에 저장된 에너지를 DC 링크 커패시터(160)로 전달한다.Then, by turning off S B1 of the DC / DC converter 150, L B and D B2 of the DC / DC converter 150, DC link capacitor 160, UC (110), BPS-UC (130) By forming a loop by S UC2 and D UC2 , the energy stored in L B is transferred to the DC link capacitor 160.

DC 링크 커패시터(160)로부터 배터리(120)로 에너지 전달은, BPS-BT(140)의 SBT1을 턴-온 시킨 상태에서 DC/DC 컨버터(150)의 SB2를 제어하여 수행된다.Energy transfer from the DC link capacitor 160 to the battery 120 is performed by controlling S B2 of the DC / DC converter 150 in a state where S BT1 of the BPS-BT 140 is turned on.

구체적으로, DC/DC 컨버터(150)의 SB2를 턴-온 시켜, DC 링크 커패시터(160), DC/DC 컨버터(150)의 SB2와 LB, BPS-BT(140)의 DBT1와 SBT1 및 배터리(120)에 의한 루프를 형성시켜, DC 링크 커패시터(160)에 저장된 에너지를 LB로 전달한다.Specifically, S B2 of the DC / DC converter 150 is turned on so that the DC link capacitor 160, S B2 and L B of the DC / DC converter 150, and D BT1 and BPS-BT 140 of the DC link capacitor 160 are turned on. A loop is formed by S BT1 and the battery 120 to transfer energy stored in the DC link capacitor 160 to L B.

이후, DC/DC 컨버터(150)의 SB2를 턴-오프 시켜, DC/DC 컨버터(150)의 DB1와 LB, BPS-BT(140)의 DBT1와 SBT1 및 배터리(120)에 의한 루프를 형성시켜, LB에 저장된 에너지를 배터리(120)로 전달한다.Thereafter, the S B2 of the DC / DC converter 150 is turned off, so that the D B1 and L B of the DC / DC converter 150, the D BT1 and S BT1 of the BPS-BT 140, and the battery 120 are turned on. By forming a loop, the energy stored in L B is transferred to the battery 120.

배터리(120)로부터 DC 링크 커패시터(160)로 에너지 전달은, BPS-BT(140)의 SBT2를 턴-온 시킨 상태에서 DC/DC 컨버터(150)의 SB1을 제어하여 수행된다.Energy transfer from the battery 120 to the DC link capacitor 160 is performed by controlling S B1 of the DC / DC converter 150 in a state where S BT2 of the BPS-BT 140 is turned on.

구체적으로, DC/DC 컨버터(150)의 SB1을 턴-온 시켜, 배터리(120), BPS-BT(140)의 SBT2와 DBT2 및 DC/DC 컨버터(150)의 LB와 SB1에 의한 루프를 형성시켜, 배터리(120)에 저장된 에너지를 LB로 전달한다.Specifically, S B1 of the DC / DC converter 150 is turned on to turn on the battery 120, S BT2 and D BT2 of the BPS-BT 140, and L B and S B1 of the DC / DC converter 150. Form a loop by to transfer the energy stored in the battery 120 to L B.

이후, DC/DC 컨버터(150)의 SB1을 턴-오프 시켜, DC/DC 컨버터(150)의 LB와 DB2, DC 링크 커패시터(160), 배터리(120), BPS-BT(140)의 SBT2와 DBT2에 의한 루프를 형성시켜, LB에 저장된 에너지를 DC 링크 커패시터(160)로 전달한다.Thereafter, by turning off S B1 of the DC / DC converter 150, the L B and D B2 of the DC / DC converter 150, the DC link capacitor 160, the battery 120, and the BPS-BT 140. By forming a loop by S BT2 and D BT2 , the energy stored in L B is transferred to the DC link capacitor 160.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복합형 에너지 저장장치의 회로도이다. 도 3에 도시된 UC(210), 배터리(220), 양방향 DC/DC 컨버터(250) 및 DC 링크 커패시터(260)는, 도 2에 도시된 UC(110), 배터리(120), 양방향 DC/DC 컨버터(150) 및 DC 링크 커패시터(160)와 동일하다.3 is a circuit diagram of a hybrid energy storage device according to another embodiment of the present invention. The UC 210, battery 220, bidirectional DC / DC converter 250 and DC link capacitor 260 shown in FIG. 3 are the UC 110, battery 120, bidirectional DC / Same as DC converter 150 and DC link capacitor 160.

BPS-UC(230)을 구성하는 SUC1, DUC1, SUC2 및 DUC2 중, DUC1와 DUC2는 SUC1와 SUC2의 바디 다이오드(Body Diode)이다. 따라서, BPS-UC(230)는 다이오드들을 별도로 추가하지 않아도 된다는 점에서, 도 2에 도시된 BPS-UC(130)와 차이가 있다.Of S UC1 , D UC1 , S UC2, and D UC2 constituting the BPS-UC 230, D UC1 and D UC2 are body diodes of S UC1 and S UC2 . Therefore, the BPS-UC 230 is different from the BPS-UC 130 shown in FIG. 2 in that the diodes do not need to be added separately.

마찬가지로, BPS-BT(240)을 구성하는 SBT1, DBT1, SBT2 및 DBT2 중, DBT1와 DBT2는 SBT1와 SBT2의 바디 다이오드이다. 따라서, BPS-BT(240)도 다이오드들을 별도로 추가하지 않아도 된다는 점에서, 도 2에 도시된 BPS-BT(140)와 차이가 있다.Similarly, of S BT1 , D BT1 , S BT2 and D BT2 constituting the BPS-BT 240, D BT1 and D BT2 are body diodes of S BT1 and S BT2 . Accordingly, the BPS-BT 240 also differs from the BPS-BT 140 shown in FIG. 2 in that diodes need not be added separately.

도 3에 도시된 복합형 에너지 저장장치의 동작 원리/방식은, 도 2에 도시된 복합형 에너지 저장장치의 동작 원리/방식과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The operation principle / method of the hybrid energy storage device shown in FIG. 3 is the same as the operation principle / method of the hybrid energy storage device shown in FIG. 2, and thus a detailed description thereof will be omitted.

지금까지, 양방향 DC/DC 컨버터 하나와 다수의 양방향 전력 스위치들로, 서로 다른 다수의 에너지 저장소에 대한 양방향 전력 흐름을 제어할 수 있는 복합형 에너지 저장장치에 대해 바람직한 실시예들을 들어 상세히 설명하였다.So far, preferred embodiments have been described in detail with respect to a hybrid energy storage device capable of controlling bidirectional power flow for a plurality of different energy stores with one bidirectional DC / DC converter and a plurality of bidirectional power switches.

위 실시예들을 통해 제시한 복합형 에너지 저장장치는 해상풍력 발전, 전기 자동차 등은 물론 이와 다른 시스템들에도 적용가능하다.The hybrid energy storage device presented through the above embodiments is applicable to offshore wind power generation, electric vehicles, and the like as well as other systems.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, 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 present invention.

110, 210 : UC(Ultra Capacitor : 울트라 커패시터)
120, 220 : 배터리(BT)
130, 230 : BPS-UC(Bidirectional Power Switch-UC)
140, 240 : BPS-BT(Bidirectional Power Switch-BT)
150, 250 : 양방향 DC/DC 컨버터
160, 260 : DC 링크 커패시터(CDC)110, 210: UC (Ultra Capacitor: Ultra Capacitor)
120, 220: Battery (BT)
130, 230: BPS-UC (Bidirectional Power Switch-UC)
140, 240: BPS-BT (Bidirectional Power Switch-BT)
150, 250: Bidirectional DC / DC Converters
160, 260: DC link capacitor (C DC )

Claims (10)

UC(Ultra Capacitor);
배터리;
DC 링크 커패시터;
일 측이 DC 링크 커패시터에 연결되고, 타 측이 UC와 배터리에 연결된 양방향 DC/DC 컨버터;
UC와 양방향 DC/DC 컨버터 사이에 마련되어, UC와 DC 링크 커패시터 간의 에너지 흐름 경로를 양방향으로 제공하는 제1 양방향 스위치; 및
배터리와 양방향 DC/DC 컨버터 사이에 마련되어, 배터리와 DC 링크 커패시터 간의 에너지 흐름 경로를 양방향으로 제공하는 제2 양방향 스위치;를 포함하고,
상기 제1 양방향 스위치는,
UC에 저장된 에너지를 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 DC 링크 커패시터로 전달하거나, DC 링크 커패시터에 저장된 에너지를 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 UC로 전달하며,
UC와 DC 링크 커패시터 간 에너지 흐름의 방향은,
제1 양방향 스위치 내에 마련된 다수의 스위칭 소자들의 스위칭 상태들을 기초로 결정되고,
양방향 DC/DC 컨버터는,
내부에 마련된 제1 스위치를 턴-온 시켜 UC에 저장된 에너지를 내부 인덕터로 전달시킨 후, 제1 스위치를 턴-오프 시켜 내부 인덕터에 저장된 에너지를 DC 링크 커패시터로 전달하며,
내부에 마련된 제2 스위치를 턴-온 시켜 DC 링크 커패시터에 저장된 에너지를 내부 인덕터로 전달시킨 후, 제2 스위치를 턴-오프 시켜 내부 인덕터에 저장된 에너지를 UC로 전달하는 것을 특징으로 하는 복합형 에너지 저장장치.
Ultra Capacitor (UC);
battery;
DC link capacitors;
A bidirectional DC / DC converter connected at one side to a DC link capacitor and at the other to a UC and a battery;
A first bidirectional switch provided between the UC and the bidirectional DC / DC converter to provide an energy flow path between the UC and the DC link capacitor in both directions; And
A second bidirectional switch provided between the battery and the bidirectional DC / DC converter to provide an energy flow path between the battery and the DC link capacitor in both directions;
The first bidirectional switch,
Energy stored in the UC is transferred to the DC link capacitor through the bidirectional DC / DC converter, or energy stored in the DC link capacitor is transferred to the UC through the bidirectional DC / DC converter,
The direction of energy flow between the UC and DC link capacitors is
Is determined based on the switching states of the plurality of switching elements provided in the first bidirectional switch,
Bidirectional DC / DC converter,
Turn on the first switch provided therein to transfer the energy stored in the UC to the internal inductor, and then turn off the first switch to transfer the energy stored in the internal inductor to the DC link capacitor,
Hybrid energy, characterized in that by turning on the second switch provided therein to transfer the energy stored in the DC link capacitor to the internal inductor, and then turn off the second switch to transfer the energy stored in the internal inductor to the UC Storage.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete UC(Ultra Capacitor);
배터리;
DC 링크 커패시터;
일 측이 DC 링크 커패시터에 연결되고, 타 측이 UC와 배터리에 연결된 양방향 DC/DC 컨버터;
UC와 양방향 DC/DC 컨버터 사이에 마련되어, UC와 DC 링크 커패시터 간의 에너지 흐름 경로를 양방향으로 제공하는 제1 양방향 스위치; 및
배터리와 양방향 DC/DC 컨버터 사이에 마련되어, 배터리와 DC 링크 커패시터 간의 에너지 흐름 경로를 양방향으로 제공하는 제2 양방향 스위치;를 포함하고,
상기 제2 양방향 스위치는,
배터리에 저장된 에너지를 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 DC 링크 커패시터로 전달하거나, DC 링크 커패시터에 저장된 에너지를 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 배터리로 전달하며,
배터리와 DC 링크 커패시터 간 에너지 흐름의 방향은,
제2 양방향 스위치 내에 마련된 다수의 스위칭 소자들의 스위칭 상태들을 기초로 결정되고,
양방향 DC/DC 컨버터는,
내부에 마련된 제1 스위치를 턴-온 시켜 배터리에 저장된 에너지를 내부 인덕터로 전달시킨 후, 제1 스위치를 턴-오프 시켜 내부 인덕터에 저장된 에너지를 DC 링크 커패시터로 전달하며,
내부에 마련된 제2 스위치를 턴-온 시켜 DC 링크 커패시터에 저장된 에너지를 내부 인덕터로 전달시킨 후, 제2 스위치를 턴-오프 시켜 내부 인덕터에 저장된 에너지를 배터리로 전달하는 것을 특징으로 하는 복합형 에너지 저장장치.
Ultra Capacitor (UC);
battery;
DC link capacitors;
A bidirectional DC / DC converter connected at one side to a DC link capacitor and at the other to a UC and a battery;
A first bidirectional switch provided between the UC and the bidirectional DC / DC converter to provide an energy flow path between the UC and the DC link capacitor in both directions; And
A second bidirectional switch provided between the battery and the bidirectional DC / DC converter to provide an energy flow path between the battery and the DC link capacitor in both directions;
The second bidirectional switch,
Energy stored in the battery is transferred to the DC link capacitor through the bidirectional DC / DC converter, or energy stored in the DC link capacitor is transferred to the battery through the bidirectional DC / DC converter,
The direction of energy flow between the battery and the DC link capacitor is
Is determined based on the switching states of the plurality of switching elements provided in the second bidirectional switch,
Bidirectional DC / DC converter,
Turn on the first switch provided therein to transfer the energy stored in the battery to the internal inductor, turn off the first switch to transfer the energy stored in the internal inductor to the DC link capacitor,
Hybrid energy, characterized in that by turning on the second switch provided therein to transfer the energy stored in the DC link capacitor to the internal inductor, and then turn off the second switch to transfer the energy stored in the internal inductor to the battery Storage.
삭제delete 삭제delete 삭제delete UC와 양방향 DC/DC 컨버터 사이에 마련된 제1 양방향 스위치로 UC와 DC 링크 커패시터 간의 에너지 흐름을 제어하는 단계; 및
배터리와 양방향 DC/DC 컨버터 사이에 마련된 제2 양방향 스위치로 배터리와 DC 링크 커패시터 간의 에너지 흐름을 제어하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 양방향 스위치는,
UC에 저장된 에너지를 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 DC 링크 커패시터로 전달하거나, DC 링크 커패시터에 저장된 에너지를 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 UC로 전달하며,
UC와 DC 링크 커패시터 간 에너지 흐름의 방향은,
제1 양방향 스위치 내에 마련된 다수의 스위칭 소자들의 스위칭 상태들을 기초로 결정되고,
양방향 DC/DC 컨버터는,
내부에 마련된 제1 스위치를 턴-온 시켜 UC에 저장된 에너지를 내부 인덕터로 전달시킨 후, 제1 스위치를 턴-오프 시켜 내부 인덕터에 저장된 에너지를 DC 링크 커패시터로 전달하며,
내부에 마련된 제2 스위치를 턴-온 시켜 DC 링크 커패시터에 저장된 에너지를 내부 인덕터로 전달시킨 후, 제2 스위치를 턴-오프 시켜 내부 인덕터에 저장된 에너지를 UC로 전달하는 것을 특징으로 하는 복합형 에너지 저장방법.
Controlling energy flow between the UC and the DC link capacitor with a first bi-directional switch provided between the UC and the bidirectional DC / DC converter; And
And controlling energy flow between the battery and the DC link capacitor with a second bidirectional switch provided between the battery and the bidirectional DC / DC converter.
The first bidirectional switch,
Energy stored in the UC is transferred to the DC link capacitor through the bidirectional DC / DC converter, or energy stored in the DC link capacitor is transferred to the UC through the bidirectional DC / DC converter,
The direction of energy flow between the UC and DC link capacitors is
Is determined based on the switching states of the plurality of switching elements provided in the first bidirectional switch,
Bidirectional DC / DC converter,
Turn on the first switch provided therein to transfer the energy stored in the UC to the internal inductor, and then turn off the first switch to transfer the energy stored in the internal inductor to the DC link capacitor,
Hybrid energy, characterized in that by turning on the second switch provided therein to transfer the energy stored in the DC link capacitor to the internal inductor, and then turn off the second switch to transfer the energy stored in the internal inductor to the UC How to save.
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