KR101525709B1 - Transformerless long-life energy storage systme - Google Patents

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김효성
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공주대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a transformerless long-life energy storage apparatus and a battery energy storage apparatus capable of significantly improving the life of a battery by solving a problem of cell unbalance without a cell balanced circuit for a plurality of battery cells. The transformerless long-life energy storage apparatus comprises: a plurality of battery packs which are connected in series to eaech other and include a preset number of battery cells connected in series to each other; a discharging and insulating DC-DC converter which has an input terminal connected to an entire connection structure of the battery packs connected in series to each other; a plurality of charging and insulating DC-DC converters which have an output terminal connected to each of the battery packs; and a two-way PWM inverter which includes DC-side input/output terminals connected to the output terminal of the discharging and insulating DC-DC converter and to the input terminals of the charging and insulating DC-DC converters and AC-side input/output terminals connected to an AC power source, receives DC voltage corresponding to the entire connection structure of the battery packs connected in series to each other through the discharging and insulating DC-DC converter, converts the DC voltage into AC power, converts the AC power into DC power from a system, and provides the DC power to each of the battery packs through each of the charging and insulating DC-DC converters.

Description

무변압기형 장수명 에너지 저장 장치{TRANSFORMERLESS LONG-LIFE ENERGY STORAGE SYSTME}TRANSFORMER LONG-LIFE ENERGY STORAGE SYSTME BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 에너지 저장 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 배터리 셀에 대한 셀 평형회로를 별도로 구비하지 않고서도 셀 불평형의 문제를 해소함으로써 배터리의 수명을 현저하게 향상시킬 수 있는 무변압기형 장수명 에너지 저장 장치 배터리 에너지 저장 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an energy storage device, and more particularly, to an energy storage device that eliminates the problem of cell imbalance without separately providing a cell balancing circuit for a plurality of battery cells, Energy storage battery energy storage device.

일반적으로, PWM(Pulse Width Modulation) 인버터를 이용한 에너지 저장 장치(Energy Storage System: ESS)는, 계통의 전원이 공급되는 동안에는 배터리에 전기에너지를 저장하고, 계통의 전원이 공급되지 못하는 상황이 발생하였을 때 인버터를 통하여 부하에 안정된 전원을 공급하는 장치이다.Generally, an energy storage system (ESS) using PWM (Pulse Width Modulation) inverter stores electric energy in the battery while the power of the system is supplied, and the power supply of the system can not be supplied It is a device that supplies stable power to load through inverter.

도 1은 통상적인 에너지 저장 장치를 도시한다. 도 1에 도시된 에너지 저장 장치는 배터리(11)와 양방향 PWM 인버터(12) 및 상용 주파수 대역(예를 들어, 60 Hz)의 변압기(21)를 포함하여 구성될 수 있다. 배터리(11)는 상호 직렬 연결된 다수의 배터리 셀을 포함하는 구조를 가질 수 있으며, 양방향 PWM 인버터(12)로부터 직류 전력을 제공받아 저장할 수 있다.Figure 1 shows a typical energy storage device. The energy storage device shown in FIG. 1 may be configured to include a battery 11, a bidirectional PWM inverter 12, and a transformer 21 of a commercial frequency band (for example, 60 Hz). The battery 11 may have a structure including a plurality of battery cells connected in series and may receive DC power from the bidirectional PWM inverter 12 and store the same.

양방향 PWM 인버터(Bidirectional PWM Inverter)(12)는 교류측과 직류측 간의 양쪽 방향의 전력 흐름을 통하여 배터리의 충전과 방전이 가능하도록 하는 전력변환기(PCS; Power Conditioning System)로서, 배터리(12)로부터 제공받은 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통측으로 제공하거나 계통의 교류 전력을 직류로 변환하여 배터리(11)로 제공함으로써 배터리(11)를 충전되게 할 수 있다.A bidirectional PWM inverter 12 is a power conditioner (PCS) that allows charging and discharging of a battery through power flow in both directions between an AC side and a DC side. The provided direct current power is converted into alternating current power to be supplied to the system side, or the alternating current power of the system is converted into direct current and supplied to the battery 11, so that the battery 11 can be charged.

상용 주파수 대역의 변압기(21)는 양방향 PWM 인버터(12)와 계통 사이에 마련되어 배터리(11)와 계통을 절연할 수 있다.The transformer 21 in the commercial frequency band is provided between the bidirectional PWM inverter 12 and the grid to insulate the battery 11 from the grid.

이러한 통상적인 양방향 PWM 인버터를 이용한 에너지 저장 장치는 선행기술문헌인 한국공개특허 제10-2011-0054041호에 상세하게 개시된다.An energy storage device using such a conventional bidirectional PWM inverter is disclosed in detail in Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0054041.

도 2는 다른 형식의 통상적인 에너지 저장 장치를 도시한 회로도이다.2 is a circuit diagram illustrating a conventional energy storage device of another type.

도 2에 도시된 에너지 저장 장치는 고주파 링크형 직류-직류 컨버터를 이용한 에너지 저장 장치로서, 배터리(11)와, 양방향 PWM 인버터(12) 및 고주파 링크형 직류-직류 컨버터(13) 및 양방향 PWM 인버터(12)와 계통 사이에 연결된 LC 필터(14)를 더 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 통상의 에너지 저장 장치와 비교할 때, 도 2에 도시된 에너지 저장 장치는, 도 1에 도시된 에너지 저장 장치의 양방향 PWM 인버터(12)와 계통 사이에 마련된 저주파 트랜스포머(도 1의 21)가 제거되고 배터리(11)와 양방향 PWM 인버터(12) 사이에 고주파 링크형 직류-직류 컨버터(13)가 더 추가된 형태로 구현될 수 있다.2 is an energy storage device using a high-frequency link type DC-DC converter. The energy storage device includes a battery 11, a bidirectional PWM inverter 12 and a high-frequency link type DC-DC converter 13, And an LC filter 14 connected between the system 12 and the system. 2, the energy storage device shown in Fig. 2 includes a low-frequency transformer (shown in Fig. 1) provided between the bidirectional PWM inverter 12 of the energy storage device shown in Fig. 1 and the grid, 21 can be removed and a high-frequency link type DC-DC converter 13 can be further added between the battery 11 and the bidirectional PWM inverter 12. [

고주파 링크형 직류-직류 컨버터(13)는 풀 브릿지 스위칭되는 복수의 스위칭 소자로 구성된 두 개의 양방향 직류-교류 변환부(131, 132)와 하나의 고주파 변압기(133)를 포함하여 구성될 수 있다. 고주파 링크형 직류-직류 컨버터(13)는 일단에 연결된 양방향 직류-교류 변환부(131 또는 132)에서 입력되는 직류 전압을 변환하여 고주파수의 교류 전압을 생성하고, 고주파 변압기(133)로 전압 레벨을 변경한 후 타단에 연결된 양방향 직류-교류 변환부(132 또는 131)에서 고주파 변압기(133)에 레벨이 변경된 교류의 전압을 직류로 변환하여 출력한다. 고주파 링크형 직류-직류 컨버터(13)에 포함된 고주파 변압기(133)는 에너지 저장 장치의 직류측과 교류측을 절연할 수 있다. 따라서, 고주파 링크형 직류-직류 컨버터(13)는 절연형 직류-직류 컨버터라고도 지칭할 수 있다.The high-frequency link type DC-DC converter 13 may include two bidirectional DC-AC conversion units 131 and 132 and a high-frequency transformer 133 constituted by a plurality of switching elements to be subjected to full bridge switching. The high-frequency link type DC-DC converter 13 generates a high-frequency AC voltage by converting the DC voltage input from the bidirectional DC-AC converting unit 131 or 132 connected at one end, and outputs the voltage level to the high- And the bidirectional dc-ac converting unit 132 or 131 connected to the other end converts the alternating current whose level is changed to the high-frequency transformer 133 into direct current and outputs it. The high-frequency transformer 133 included in the high-frequency link type DC-DC converter 13 can insulate the DC side and the AC side of the energy storage device. Therefore, the high-frequency link type DC-DC converter 13 can also be referred to as an insulated DC-DC converter.

도 2에 도시된 것과 같이, 고주파링크형 직류-직류 컨버터(13)의 구조는 두 개의 양방향 직류-교류 변환부(131, 132)와 그 사이에 연결된 하나의 고주파 변압기(133)로 이루어진 대칭 구조를 가지므로 양방향의 전력변환이 가능하다. 즉, 배터리(11)의 충전 시에는 고주파 링크형 직류-직류 컨버터(13)의 양방향 PWM 인버터(12) 측 단자가 입력단이 되고 배터리(11) 측 단자가 출력단이 될 수 있으며, 배터리(11)의 방전 시에는 배터리(11) 측 단자가 입력단이 되고 양방향 PWM 인버터(12) 측 단자가 출력단이 될 수 있다. 고주파 링크형 직류-직류 컨버터를 이용한 에너지 저장 시스템은 고주파 링크형 직류-직류 컨버터(13) 내 고주파 변압기(133)를 사용하여 절연을 하기 때문에, 상용 주파수대의 전력용 변압기를 사용하는 일반적인 에너지 저장 시스템에 비하여 부피와 중량을 감소시켜 경량화 및 소형화가 가능하다.2, the structure of the high-frequency link type DC-DC converter 13 includes a symmetrical structure composed of two bidirectional DC-AC conversion units 131 and 132 and one high-frequency transformer 133 connected therebetween. Bi-directional power conversion is possible. That is, when the battery 11 is charged, the terminal of the high-frequency link type DC-DC converter 13 on the bidirectional PWM inverter 12 side becomes the input terminal and the terminal on the side of the battery 11 becomes the output terminal. The terminal on the battery 11 side becomes the input terminal and the terminal on the bidirectional PWM inverter 12 becomes the output terminal. Since the energy storage system using the high frequency link type DC-DC converter is insulated by using the high frequency transformer 133 in the high-frequency link type DC-DC converter 13, a general energy storage system using a power transformer of a commercial frequency band It is possible to reduce the volume and the weight, thereby making it lightweight and compact.

에너지 저장 장치의 운전모드는 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째는 전압 제어 모드 운전이다. 전압 제어 모드 운전은 계통의 전원이 공급되지 않을 때, 부하에 안정된 전원을 공급하기 위하여 필요하다. 이 때, 에너지 저장 장치는 배터리(11)에 저장된 직류 전력을 교류로 변환하여 부하 측에 공급한다. 따라서, 고주파 링크형 직류-직류 컨버터(13)는 방전장치로 동작하고, 양방향 PWM 인버터(12)는 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변환시키는 기능을 수행한다.The operation mode of the energy storage device can be roughly divided into two modes. The first is voltage controlled mode operation. The voltage control mode operation is necessary to supply stable power to the load when the system power is not supplied. At this time, the energy storage device converts the DC power stored in the battery 11 to AC and supplies it to the load side. Therefore, the high-frequency link type DC-DC converter 13 operates as a discharging device, and the bidirectional PWM inverter 12 functions to convert DC power of the battery into AC power.

두 번째는 전류 제어 모드 운전이다. 전류 제어 모드 운전은 계통의 전원 이 정상적으로 공급되는 상황에서 동작한다. 예를 들어, 계통의 전력을 공급받아 배터리를 충전한다든지, 역으로 계통에 전류를 주입하여 전력을 판매하는 경우가 이에 해당된다. 충전 모드 운전에서, 고주파 링크형 직류-직류 컨버터(13)는 충전 장치로 동작하고, 양방향 PWM 인버터(12)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 충전장치에 공급시키는 기능을 수행한다. 전력 판매 모드 운전에서, 고주파 링크형 직류-직류 컨버터(13)는 방전장치로 동작하고, 양방향 PWM 인버터(12)는 배터리의 직류 에너지를 사용하여 교류전원에 전력을 주입하는 기능을 수행한다.The second is the current control mode operation. The current control mode operation operates when the system power is normally supplied. This is the case, for example, when charging the battery by receiving power from the system or by charging the system with current. In the charging mode operation, the high-frequency link type DC-DC converter 13 operates as a charging device, and the bidirectional PWM inverter 12 converts AC power into DC power and supplies the DC power to the charging device. In the power selling mode operation, the high-frequency link type DC-DC converter 13 operates as a discharging device, and the bidirectional PWM inverter 12 functions to inject power into the AC power source by using the DC energy of the battery.

한편, 에너지 저장 장치에 적용되는 충전용 배터리(11)는 에너지 저장 장치의 중요한 부분중의 하나이며 전력 변환기(PCS)인 양방향 PWM 인버터의 직류측 전압을 관장한다. On the other hand, the rechargeable battery 11 applied to the energy storage device is one of the important parts of the energy storage device and is responsible for the dc side voltage of the bidirectional PWM inverter which is the power converter (PCS).

일반적으로, 에너지 저장 장치에 적용되는 충전용 배터리는 상호 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 상호 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리를 통상 배터리 팩(Battery Pack)이라 지칭한다. Generally, a rechargeable battery applied to an energy storage device may include a plurality of battery cells connected in series. A battery including a plurality of battery cells connected in series is generally referred to as a battery pack.

배터리 팩으로 구현된 배터리(11) 내에서 직렬로 연결된 배터리 셀들은 시간이 경과하면서 내부저항, 충방전 용량 등의 편차가 발생하게 되어 문제를 일으킨다. 예를 들어, 충전시 충전용량이 감소한 일부 셀이 조기에 과충전 상태에 이르러 과열되면 전체 배터리 팩이 화재 및 폭발의 위험한 상황에 빠지게 된다. 또한, 일부 셀 들의 내부저항이 증가하게 되면 충전시 충분히 충전되지 않았음에도 불구하고 배터리(11) 전체의 전압이 높이 상승함으로써 충전이 중단되어 전체 배터리의 충전부족 현상이 발생할 수 있다. The battery cells connected in series in the battery 11 implemented with the battery pack cause a problem such that the internal resistance, the charge / discharge capacity, etc. are varied with time. For example, if some cells with reduced charge capacity during charging are overcharged early due to overcharging, the entire battery pack will be in danger of fire and explosion. In addition, if the internal resistance of some of the cells increases, the voltage of the entire battery 11 rises due to the increase in the voltage of the battery 11 even though the battery 11 is not fully charged.

이러한 문제를 해결하기 위하여 통상적으로 다수의 배터리 셀로 구현된 배터리에는 셀 평형회로(Cell balancing circuit)가 적용된다. 셀 평형회로는 복수의 배터리 셀 각각 전압을 검출하여 상호 비교하고 전체 배터리 셀의 전압을 상호 동일하게 유지하도록 제어하는 회로이다. 셀 평형회로에 적용되는 셀 평형 기법은 수동형(Passive) 방식과 능동형(Active) 방식이 있다. 수동형 방식의 셀 평형 방법은 과충전된 셀의 전하를 저항을 통하여 소비시킴으로써 셀간의 평형을 맞추어주는 방식이고, 능동형 방식의 셀 평형 방법은 부족 충전된 셀에 더 많은 전류를 공급하여 셀 간의 평형을 맞추어 주는 방식이다. In order to solve such a problem, a cell balancing circuit is generally applied to a battery implemented as a plurality of battery cells. The cell balancing circuit is a circuit that detects voltages of a plurality of battery cells, compares them, and controls the voltages of all the battery cells to be equal to each other. The cell balancing technique applied to the cell balancing circuit is a passive method and an active method. In the passive cell balancing method, the charge of the overcharged cells is consumed through the resistor to balance the cells. The active cell balancing method supplies more current to the undercharged cells to balance the cells It is a way of giving.

에너지 저장 장치와 같이 용량이 상대적으로 큰 배터리를 사용하는 경우 능동형 방식을 채용하는 것이 바람직하지만 전력변환기의 부피와 중량이 증가하고 가격이 상승한다는 문제가 있다.When a battery having a relatively large capacity such as an energy storage device is used, it is preferable to adopt an active type, but the volume and weight of the power converter increase and the price rises.

한국공개특허 제10-2011-0054041호Korean Patent Publication No. 10-2011-0054041

본 발명은, 복수의 배터리 셀에 대한 셀 평형회로를 별도로 구비하지 않고서도 셀 불평형의 문제를 해소함으로써 배터리의 수명을 현저하게 향상시킬 수 있는 무변압기형 장수명 에너지 저장 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다. It is an object of the present invention to provide a non-transformer-type long-life energy storage device capable of remarkably improving the life of a battery by solving the problem of cell imbalance without separately providing a cell balancing circuit for a plurality of battery cells It is a technical task.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

상호 직렬 연결된 사전 설정된 개수의 배터리 셀을 각각 포함하며 각각이 상호 직렬 연결된 복수의 배터리 팩;A plurality of battery packs each including a predetermined number of battery cells mutually connected in series and each connected in series;

상기 상호 직렬 연결된 복수의 배터리 팩 전체 연결구조에 입력단이 연결된 방전용 절연형 직류-직류 컨버터;A discharge insulation type DC-DC converter having an input terminal connected to the plurality of battery packs connected in series;

상기 복수의 배터리 팩 각각에 출력단이 연결된 충전용 절연형 직류-직류 컨버터; 및A charging insulated DC-DC converter having an output terminal connected to each of the plurality of battery packs; And

상기 방전용 절연형 직류-직류 컨버터의 출력단 및 상기 복수의 충전용 절연형 직류-직류 컨버터의 입력단에 연결된 직류측 입출력단 및 교류 전원에 연결된 교류측 입출력단을 포함하며, 상기 방전용 절연형 직류-직류 컨버터를 통해 상기 상호 직렬 연결된 복수의 배터리 팩 전체 연결구조에 대응되는 직류 전압을 입력 받아 교류 전력으로 변환하고, 계통으로부터 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 충전용 절연형 직류-직류 컨버터 각각을 통해 상기 복수의 배터리 팩 각각에 제공하는 양방향 PWM 인버터An output terminal of the discharge insulation type DC-DC converter and an AC input / output terminal connected to an input terminal of the plurality of charging insulation DC-DC converters and an AC input / output terminal connected to the AC power source, - a direct current voltage corresponding to the entire connection structure of the plurality of battery packs connected in series by a direct current converter is received and converted into alternating current power, and the alternating current power is converted into direct current power from the system, Way PWM inverter < RTI ID = 0.0 >

를 포함하는 무변압기형 장수명 에너지 저장 장치를 제공한다.
And an energy storage device.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 배터리 팩 각각에 포함된 배터리 셀의 개수는, 상기 상호 직렬 연결된 배터리 셀 간의 셀 불평형 현상을 발생시키지 않는 개수로 구현될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the number of battery cells included in each of the plurality of battery packs may be a number that does not cause cell imbalance between the mutually connected battery cells.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 배터리 팩 각각과 그에 연결된 상기 복수의 충전용 절연형 직류-직류 컨버터 각각은 하나의 모듈로 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, each of the plurality of battery packs and each of the plurality of insulated DC-DC converters connected thereto may be formed of one module.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 충전용 절연형 직류-직류 컨버터는, 그 입력단에 연결되어 풀 브릿지 스위칭 되는 스위칭 소자를 포함하는 직류-교류 변환부와, 그 출력단에 연결되어 풀 브릿지 스위칭 되는 스위칭 소자를 포함하는 교류-직류 변환부와, 상기 직류-교류 변환부와 상기 교류-직류 변환부를 상호 전자기적으로 연결하는 고주파 트랜스포머를 포함하는 고주파 링크형 직류-직류 컨버터로 구현될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the charging insulated DC-DC converter includes a DC-AC converter part including a switching element connected to an input terminal thereof for full bridge switching, and a DC-AC converter part connected to the output terminal thereof for full- A high-frequency link type DC-DC converter including an AC-DC converting unit including a switching device, and a high-frequency transformer connecting the DC-AC converting unit and the AC-DC converting unit to each other in an electromagnetic manner.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 방전용 절연형 직류-직류 컨버터는, 그 입력단에 연결되어 풀 브릿지 스위칭 되는 스위칭 소자를 포함하는 직류-교류 변환부와, 그 출력단에 연결되어 풀 브릿지 스위칭 되는 스위칭 소자를 포함하는 교류-직류 변환부와, 상기 직류-교류 변환부와 상기 교류-직류 변환부를 상호 전자기적으로 연결하는 고주파 트랜스포머를 포함하는 고주파 링크형 직류-직류 컨버터로 구현될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the discharge type insulated DC-DC converter includes a DC-AC converter including a switching element connected to an input terminal of the DC-AC converter, and a full-bridge- A high-frequency link type DC-DC converter including an AC-DC converting unit including a switching device, and a high-frequency transformer connecting the DC-AC converting unit and the AC-DC converting unit to each other in an electromagnetic manner.

본 발명에 따르면 다음과 같은 우수한 효과를 기대할 수 있다.According to the present invention, the following excellent effects can be expected.

첫째, 종래의 단일 전력 변환 구조를 사용하는 경우 하나의 배터리 팩 내에서 상호 직렬 연결된 다수의 배터리 셀 중 한 개가 고장날 확률은 복수의 에너지 저장 모듈로 분할한 것에 비해 매우 높다. 즉, 직렬 연결된 배터리 셀의 개수가 증가할수록 고장의 확률이 높아진다. 본 발명에 따르면, 하나의 배터리 팩에 상호 직렬 연결되는 배터리의 수를 종래에 비해 감소시켜 배터리 고장의 확률을 현저하게 감소시킬 수 있다. First, in the case of using a conventional single power conversion structure, the probability of failure of one of a plurality of battery cells mutually connected in series in one battery pack is very high as compared with a case where the battery cell is divided into a plurality of energy storage modules. That is, as the number of battery cells connected in series increases, the probability of failure increases. According to the present invention, the number of batteries connected in series to one battery pack can be reduced compared to the prior art, and the probability of battery failure can be remarkably reduced.

둘째로, 본 발명에 따르면, 배터리 셀의 고장을 감시하기가 용이하다. 예를 들어 60개의 직렬 연결된 배터리 팩을 통합적으로 감시하는 것 보다는 2~3개의 소규모로 직렬 연결된 배터리 팩을 감시하는 것이 훨씬 용이하고 정확할 수 있다.Secondly, according to the present invention, it is easy to monitor the failure of the battery cell. For example, it may be easier and more accurate to monitor two or three small-scale, cascaded battery packs, rather than an integrated monitoring of 60 cascaded battery packs.

셋째로, 본 발명에 다르면, 보수유지가 간편하고 비용이 적게 든다. 종래의 에너지 저장 장치에서는 하나의 배터리 셀이 고장날 경우 배터리 팩 전체를 교체하여야 하지만, 본 발명의 일 실시형태는 고장이 발생한 배터리 셀을 갖는 배터리 팩 또는 에너지 저장 모듈만 교체하면 되기 때문에 배터리 교체비용이 적게 들고, 교체과정이 간단하여 보수유지 비용이 적게 발생한다. 더욱이 표준화된 에너지 저장 모듈을 사용하게 되면, 운전 중에도 고장난 에너지 저장 모듈 핫스와프(hot-swap) 방식으로 간단히 교체할 수 있다.Thirdly, according to the present invention, maintenance is simple and costs are low. In the conventional energy storage device, when one battery cell fails, the entire battery pack must be replaced. However, since the battery pack or the energy storage module having the battery cell in which the failure occurs can be replaced, The replacement process is simple and the maintenance cost is low. Furthermore, using a standardized energy storage module allows for a simple replacement of the failed energy storage module hot-swap during operation.

넷째로, 본 발명에 따르면, 셀 평형 회로가 따로 필요 없으므로 전체 시스템의 에너지효율이 높아지고, 제품의 무게, 크기 및 제조원가가 감소한다. Fourthly, according to the present invention, since the cell equilibration circuit is not required, the energy efficiency of the entire system is increased, and the weight, size, and manufacturing cost of the product are reduced.

다섯째로, 본 발명에 따르면, 고장감내(FRT: Fault ride Through) 운전이 가능하다. 예를 들어, 복수의 배터리 셀 중 하나의 배터리 셀이 고장 나는 경우, 해당 배터리 셀을 사용하는 배터리 팩과 그에 연결된 절연형 직류-직류 컨버터만 정지시키고 교류 측을 바이패스 시킴으로써 고장 중에도 연속적인 운전이 가능하다. 고장난 에너지 저장 모듈은 시간적 여유를 확보하고 추후에 교체 가능하다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시형태는 비상상황에서의 대처능력이 향상시킬 수 있다.Fifth, according to the present invention, a fault ride through (FRT) operation is possible. For example, when one of the battery cells of a plurality of battery cells fails, by stopping only the battery pack using the battery cell and the insulated DC-DC converter connected thereto and bypassing the AC side, continuous operation It is possible. The failed energy storage module has time to spare and can be replaced later. As described above, the embodiment of the present invention can improve coping ability in an emergency situation.

여섯째로, 본 발명에 따르면, 방전용 절연형 직류-직류 변환부를 통해 전체 배터리팩이 직렬 연결된 상태로 양방향 PWM 인버터의 직류측 입출력단에 연결되므로 양방향 PWM 인버터의 직류측에 요구되는 높은 직류전압을 공급할 수 있다. Sixth, according to the present invention, since the entire battery pack is connected to the DC input / output terminal of the bidirectional PWM inverter in series with the isolation DC-DC converter for discharge, the high DC voltage required on the DC side of the bidirectional PWM inverter Can supply.

도 1 및 도 2는 통상적인 배터리 에너지 저장 장치의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 무변압기형 장수명 에너지 저장 장치 의 회로도이다.1 and 2 are circuit diagrams of a conventional battery energy storage device.
3 is a circuit diagram of a transformerless long-term energy storage device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. In addition, in describing the present invention, the defined terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and they may be changed depending on the intention or custom of the technician working in the field, so that the technical components of the present invention are limited It will not be understood as meaning.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 무변압기형 장수명 에너지 저장 장치 의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a transformerless long-term energy storage device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 무변압기형 장수명 에너지 저장 장치는, 복수의 배터리 팩(111)을 포함하는 배터리부(11)와, 복수의 배터리 팩(111) 각각에 연결된 복수의 충전용 절연형 직류-직류 컨버터(131)와, 배터리부(11) 및 양방향 PWM 인버터(12)에 연결된 방전용 절연형 직류-직류 컨버터(132)와, 배터리부(11) 및 충전용 절연형 직류-직류 컨버터(13)와 전기적으로 연결된 양방향 PWM 인버터(12)를 포함하여 구성될 수 있다.3, a non-transformer type long-life energy storage device according to an embodiment of the present invention includes a battery unit 11 including a plurality of battery packs 111, A plurality of charging type insulated DC-DC converters 131, a discharging insulated DC-DC converter 132 connected to the battery unit 11 and the bidirectional PWM inverter 12, a battery unit 11, And a bi-directional PWM inverter 12 electrically connected to the insulated DC-DC converter 13.

배터리부(11)에 포함된 복수의 배터리 팩(111) 각각은 전기 에너지를 저장하기 위한 요소로서, 사전 설정된 개수의 상호 직렬 연결된 배터리 셀을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 팩(11) 각각은 양방향 PWM 인버터(12)로부터 변환된 직류 전력을 제공받아 충전되거나, 방전됨으로써 양방향 PWM 인버터(12)로 직류 전력을 제공하여 계통 또는 부하로 전력을 제공하게 할 수 있다.Each of the plurality of battery packs 111 included in the battery unit 11 is an element for storing electric energy and may include a predetermined number of mutually serially connected battery cells. Each of the plurality of battery packs 11 is supplied with DC power converted from the bidirectional PWM inverter 12 and is charged or discharged to provide DC power to the bidirectional PWM inverter 12 to provide power to the system or load have.

본 발명의 일 실시형태에서 배터리부(11)는, 셀 평형 회로(Cell Balancing Circuit)가 요구되는 상호 직렬 연결된 다수의 배터리 셀을 포함하는 단일 배터리 팩의 형태가 아니라, 복수의 배터리 팩(111)으로 분리된 형태로 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩(111)은 단일 배터리 셀 또는 사전 설정된 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 복수의 배터리 팩(111) 각각에 포함된 배터리 셀의 개수는, 셀 평형 회로를 이용하여 통상의 셀 평형 기법을 적용할 필요가 없이 셀 불평형의 문제가 발생하지 않는 적은 개수(예를 들어, 2 내지 3 개)의 배터리 셀을 포함하도록 구현될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the battery unit 11 is not a single battery pack including a plurality of mutually serially connected battery cells requiring a cell balancing circuit, but a plurality of battery packs 111, As shown in FIG. The battery pack 111 according to an embodiment of the present invention may include a single battery cell or a predetermined plurality of battery cells. In an embodiment of the present invention, the number of battery cells included in each of the plurality of battery packs 111 is determined by the number of battery cells 111 that do not require the application of the normal cell balancing technique using the cell balancing circuit, May be implemented to include a small number (e.g., two to three) of battery cells.

이와 같이, 본 발명의 일 실시형태는, 셀 평형회로를 필요로 하지 않는 매우 적은 개수의 배터리 셀을 포함하는 다수의 배터리 팩(111)으로 전체 배터리부(11)를 구현함으로써, 셀 불평형의 문제가 거의 발생하지 않으며, 하나의 배터리 팩(111) 내의 2 내지 3 개의 배터리 셀 중에 한 개의 셀에 문제가 발생하더라도 직류링크측 전압을 실시간으로 감시함으로써 사고가 악화되는 것을 간단히 예방할 수 있다. 또한, 각 배터리 팩(111)은 독립적으로 동작하므로, 배터리에 고장이 발생하는 경우 문제가 되는 배터리 팩만 운전 중에 교체함으로써 전체 배터리를 교환할 필요가 없어서 보수 유지가 간단하고 보수 유지에 따른 비용을 절감할 수 있다.As described above, according to one embodiment of the present invention, the entire battery unit 11 is implemented by a plurality of battery packs 111 including a very small number of battery cells that do not require a cell balancing circuit, And even if a problem occurs in one cell out of two or three battery cells in one battery pack 111, it is possible to easily prevent an accident from being deteriorated by monitoring the DC link side voltage in real time. In addition, since each battery pack 111 operates independently, when a failure occurs in the battery, only the problematic battery pack is replaced during operation so that it is not necessary to replace the entire battery, so that the maintenance is simple and the maintenance cost is reduced can do.

본 발명의 일 실시형태에서, 복수의 배터리 팩(111) 각각은 상호 직렬연결될 수 있다.In an embodiment of the present invention, each of the plurality of battery packs 111 may be connected to each other in series.

복수의 충전용 절연형 직류-직류 컨버터(131)는, 직류-직류 변환이 가능한 컨버터로서 배터리 팩(111) 각각에 연결되는 출력단과 양방향 PWM 인버터(12) 측에 연결되는 입력단을 가질 수 있다. The plurality of charging type insulated DC-DC converters 131 are DC-DC convertible converters and may have an output terminal connected to each of the battery packs 111 and an input terminal connected to the bidirectional PWM inverter 12 side.

충전용 절연형 직류-직류 컨버터(131)는 배터리 팩(111)에 연결된 출력단과 양방향 PWM 인버터(12) 측에 연결되는 입력단이 상호 절연되도록 구현된 직류-직류 컨버터로서 그 내부에 입력단과 출력단을 절연시킬 수 있는 트랜스포머를 포함하는 회로구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 충전용 절연형 직류-직류 컨버터(131)는 입력단에 연결되어 풀 브릿지 스위칭 되는 스위칭 소자를 포함하는 직류-교류 변환부, 출력단에 연결되어 풀 브릿지 스위칭 되는 스위칭 소자를 포함하는 교류-직류 변환부 및 직류-교류 변환부와 교류-직류 변환부를 상호 전자기적으로 연결하는 고주파 트랜스포머를 포함하는 고주파 링크형 직류-직류 컨버터로 구현될 수 있다.The charging type insulated DC-DC converter 131 is a DC-DC converter having an output terminal connected to the battery pack 111 and an input terminal connected to the bidirectional PWM inverter 12 so as to be insulated from each other, A circuit structure including a transformer that can be insulated. For example, the charging type insulated DC-DC converter 131 includes a DC-AC conversion unit connected to an input terminal and including a switching device to be subjected to full bridge switching, an AC-DC conversion unit connected to an output terminal and including a full bridge- DC converter and a high-frequency link type DC-DC converter including a DC-to-DC converter and a high-frequency transformer for mutually electromagnetically connecting the DC-AC converter and the AC-DC converter.

본 발명의 일 실시형태에서, 하나의 배터리 팩(111)과 그에 연결된 하나의 충전용 절연형 직류-직류 컨버터(131)는 하나의 에너지 저장 모듈로 구현될 수 있다. 즉, 셀 불평형의 문제가 발생하지 않는 개수의 배터리 셀을 포함하는 하나의 배터리 팩(111)과 그에 연결된 하나의 충전용 절연형 직류-직류 컨버터(131)가 실제 구현된 에너지 저장 장치에서 모듈의 형태로 구비될 수 있다. 하나의 배터리 팩 및 하나의 충전용 절연형 직류-직류 컨버터가 에너지 저장 모듈로 구현되는 경우, 에너지 저장 모듈이 독립적으로 동작하므로, 배터리에 문제가 발생하는 경우 문제가 되는 에너지 저장 모듈만 운전 중에 교체함으로써 전체 배터리를 교환할 필요가 없게 되므로 보수유지가 간단하고 비용이 절감될 뿐만 아니라 에너지 저장 시스템의 동작을 계속 유지시킨 상태에서 보수가 가능하게 된다.In one embodiment of the present invention, one battery pack 111 and one charging insulated DC-DC converter 131 connected thereto may be implemented as one energy storage module. That is, one battery pack 111 including a number of battery cells in which the problem of cell imbalance does not occur and one charging insulated DC-DC converter 131 connected thereto are actually implemented in the energy storage device, As shown in FIG. When one battery pack and one insulated DC-DC converter for charging are implemented as an energy storage module, since the energy storage module operates independently, only the energy storage module, which is a problem in case of battery trouble, This eliminates the need to replace the entire battery, which simplifies maintenance and reduces costs, and allows maintenance while the operation of the energy storage system is maintained.

도 2에 도시된 실시형태에서, 복수의 충전용 절연형 직류-직류 컨버터(131)의 양방향 PWM 인버터(12) 측 입력단은 상호 병렬 연결된 회로구조를 형성하며, 이러한 병렬 연결된 회로구조가 양방향 PWM 인버터(12)의 직류측 입출력단에 연결된다. 즉, 복수의 충전용 절연형 직류-직류 컨버터(131)의 입력단 각각이 양방향 PWM 인버터(12)의 직류측 입출력단에 각각 개별 연결된 구조를 형성할 수 있다.In the embodiment shown in Fig. 2, the bidirectional PWM inverter 12 input ends of the plurality of charging insulated DC-DC converters 131 form a mutually parallel-connected circuit structure, and these parallel- Side input / output terminal of the inverter 12. In other words, each of the input terminals of the plurality of charging insulated DC-DC converters 131 can be individually connected to the DC input / output terminals of the bidirectional PWM inverter 12.

이러한 병렬 연결된 회로 구조는 양방향 PWM 인버터(12)의 전류용량이 큰 경우, 복수의 배터리 팩(111) 각각과 그에 연결된 충전용 절연형 직류-직류 컨버터(131) 각각으로 구성된 에너지 저장 모듈로 전류를 분배하여 제공할 수 있어, 높은 전류의 공급이 가능해진다. 이 경우, 각 에너지 저장 모듈에 포함된 충전용 절연형 직류-직류 컨버터(131)의 입출력 간의 전압레벨은 그 내부에 포함된 절연용 변압기의 권선비로 조정할 수 있다.This parallel-connected circuit structure allows the current to flow to the energy storage module composed of each of the plurality of battery packs 111 and the charging insulated DC-DC converter 131 connected thereto when the current capacity of the bidirectional PWM inverter 12 is large So that it is possible to supply a high current. In this case, the voltage level between the input and output of the charging insulation DC-DC converter 131 included in each energy storage module can be adjusted by the ratio of turns of the insulation transformer included therein.

방전용 절연형 직류-직류 컨버터(132)는, 직류-직류 변환이 가능한 컨버터로서 복수의 배터리 팩(111)을 포함하는 배터리부(11)의 양단, 즉 복수의 배터리 팩(111)이 형성하는 직렬 연결 구조의 양단에 연결되는 입력단과 양방향 PWM 인버터(12) 측에 연결되는 출력단을 가질 수 있다. 충전용 절연형 직류-직류 컨버터(131)과는 달리, 방전용 절연형 직류-직류 컨버터(132)는 직렬 연결된 배터리 팩(111)의 전체 전압을 입력으로 하는 단일 컨버터이다.DC converter 132 is a DC-DC converter capable of DC-DC conversion. The DC-DC converter 132 for discharging is a DC-DC converter capable of DC-to-DC conversion and is provided at both ends of a battery unit 11 including a plurality of battery packs 111, An input terminal connected to both ends of the series connection structure and an output terminal connected to the bidirectional PWM inverter 12 side. Unlike the charging type insulated DC-DC converter 131, the discharge insulated DC-DC converter 132 is a single converter that receives the entire voltage of the battery pack 111 connected in series.

전술한 충전용 절연형 직류-직류 컨버터(131)와 유사하게, 방전용 절연형 직류-직류 컨버터(132)는 상호 직렬 연결된 배터리 팩(111)으로 구현된 배터리부(11)의 양단에 연결된 입력단과 양방향 PWM 인버터(12) 측에 연결되는 출력단이 상호 절연되도록 구현된 직류-직류 컨버터로서 그 내부에 양쪽 입출력단을 절연시킬 수 있는 트랜스포머를 포함하는 회로구조를 가질 수 있다. 전술한 충전용 절연형 직류-직류 컨버터(131)와 유사하므로, 방전용 절연형 직류-직류 컨버터(132)에 대한 상세한 회로 구조의 예는 생략하기로 한다.DC converter 132 for discharging is connected to an input terminal connected to both ends of a battery unit 11 implemented as a battery pack 111 connected in series, similarly to the above-described charging insulated DC-DC converter 131. [ And an output terminal connected to the bidirectional PWM inverter 12 are insulated from each other. The DC-DC converter may have a circuit structure including a transformer that can insulate both input and output stages. Since it is similar to the charging insulated DC-DC converter 131 described above, an example of a detailed circuit structure for the discharging insulated DC-DC converter 132 will be omitted.

본 발명의 일 실시형태의 방전 운전시, 배터리부(11)는 전체 배터리팩(111)이 직렬 연결된 상태의 큰 전압이 방전용 절연형 직류-직류 컨버터(132)로 입력되므로 양방향 PWM 인버터(12)의 직류측에 요구되는 높은 직류전압을 공급할 수 있다.In the discharge operation according to the embodiment of the present invention, the battery unit 11 receives the large voltage in a state where all the battery packs 111 are connected in series to the insulated DC-DC converter 132 for discharging, It is possible to supply a high direct current voltage required on the direct current side of the DC power source.

양방향 PWM 인버터(12)는 교류측과 직류측 간의 양쪽 방향의 전력 흐름을 통하여 배터리의 충전과 방전이 가능하도록 하는 전력변환기이다.즉, 양방향 PWM 인버터(12)는 배터리부(11)부터 직류 전력을 제공받아 교류 전력으로 변환하여 계통 또는 부하로 제공하고, 계통으로부터 교류 전력을 제공받아 배터리(11)로 제공함으로써 배터리(11)의 충전이 가능하게 한다. 양방향 PWM 인버터(12)는 풀 브릿지 스위칭 되는 스위칭 소자(SW1 내지 SW4)의 PWM 제어를 통해 계통으로부터 입력되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 직류 측(배터리부 측)으로 출력하고, 직류 측으로부터 입력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통 또는 교류 전력으로 동작하는 부하로 출력한다.Way PWM inverter 12 is a power converter that allows charging and discharging of the battery through power flow in both directions between the AC side and the DC side. In other words, the bidirectional PWM inverter 12 converts the DC power And provides AC power to the system or load. The AC power is supplied from the system to the battery 11, so that the battery 11 can be charged. Bidirectional PWM inverter 12 converts the AC power that is input from the system through the PWM control of the switching device (SW 1 to SW 4) which is switched full bridge with a DC power DC side (battery portion thereof) as an output, and a direct current side And converts the DC power into AC power and outputs it to a load operating as a system or AC power.

이에 더하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고신뢰성 배터리 에너지 저장 장치는 양방향 PWM 인버터(12)와 계통 사이에 연결된 LC 필터(14)를 더 포함할 수 있다.
In addition, a high reliability battery energy storage device according to an embodiment of the present invention may further include an LC filter 14 connected between the bi-directional PWM inverter 12 and the grid.

이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 무변압기형 장수명 에너지 저장 장치는 배터리의 관리 측면에 있어서 매우 우수한 장점을 갖는다. INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the non-transformer type long-life energy storage device according to the embodiment of the present invention has a very excellent advantage in terms of the management of the battery.

첫째로, 종래의 단일 전력 변환 구조를 사용하는 경우 하나의 배터리 팩 내에서 상호 직렬 연결된 다수의 배터리 셀 중 한 개가 고장날 확률은 복수의 에너지 저장 모듈로 분할한 것에 비해 매우 높다. 즉, 직렬 연결된 배터리 셀의 개수가 증가할수록 고장의 확률이 높아진다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 고신뢰성 배터리 에너지 저장 장치는 하나의 배터리 팩 내에 상호 직렬 연결되는 배터리 셀의 수를 종래에 비해 감소시켜 배터리 고장의 확률을 현저하게 감소시킬 수 있다. First, when a conventional single power conversion structure is used, the probability of failure of one of a plurality of battery cells connected in series in one battery pack is very high compared to the case of dividing into a plurality of energy storage modules. That is, as the number of battery cells connected in series increases, the probability of failure increases. The high reliability battery energy storage device according to an embodiment of the present invention can reduce the number of battery cells connected in series in one battery pack compared with the conventional one to significantly reduce the probability of battery failure.

둘째로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고신뢰성 배터리 에너지 저장 장치는 배터리 셀의 고장을 감시하기가 용이하다. 예를 들어 60개의 직렬 연결된 배터리 팩을 통합적으로 감시하는 것 보다는 2~3개의 소규모로 직렬 연결된 배터리 팩을 감시하는 것이 훨씬 용이하고 정확할 수 있다.Secondly, a high reliability battery energy storage device according to an embodiment of the present invention is easy to monitor the failure of a battery cell. For example, it may be easier and more accurate to monitor two or three small-scale, cascaded battery packs, rather than an integrated monitoring of 60 cascaded battery packs.

셋째로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고신뢰성 배터리 에너지 저장 장치는 보수유지가 간편하고 비용이 적게 든다. 종래의 에너지 저장 장치에서는 하나의 배터리 셀이 고장날 경우 배터리 팩 전체를 교체하여야 하지만, 본 발명의 일 실시형태는 고장이 발생한 배터리 셀을 갖는 배터리 팩 또는 에너지 저장 모듈만 교체하면 되기 때문에 배터리 교체비용이 적게 들고, 교체과정이 간단하여 보수유지 비용이 적게 발생한다. 더욱이 표준화된 에너지 저장 모듈을 사용하게 되면, 운전 중에도 고장난 에너지 저장 모듈 핫스와프(hot-swap) 방식으로 간단히 교체할 수 있다.Third, the high reliability battery energy storage device according to an embodiment of the present invention is simple in maintenance and low in cost. In the conventional energy storage device, when one battery cell fails, the entire battery pack must be replaced. However, since the battery pack or the energy storage module having the battery cell in which the failure occurs can be replaced, The replacement process is simple and the maintenance cost is low. Furthermore, using a standardized energy storage module allows for a simple replacement of the failed energy storage module hot-swap during operation.

넷째로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고신뢰성 배터리 에너지 저장 장치는 셀 평형 회로가 따로 필요 없으므로, 전체 시스템의 에너지효율이 높아지고, 제품의 무게, 크기 및 제조원가가 감소한다. Fourth, since a high-reliability battery energy storage device according to an embodiment of the present invention does not require a cell balancing circuit, the energy efficiency of the entire system is increased, and the weight, size, and manufacturing cost of the product are reduced.

다섯째로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고신뢰성 배터리 에너지 저장 장치는 고장감내(FRT: Fault ride Through) 운전이 가능하다. 예를 들어, 복수의 배터리 셀 중 하나의 배터리 셀이 고장 나는 경우, 해당 배터리 셀을 사용하는 에너지 저장 모듈을 정지시키고 교류 측을 바이패스 시킴으로써 고장 중에도 연속적인 운전이 가능하다. 고장난 에너지 저장 모듈은 시간적 여유를 확보하고 추후에 교체 가능하다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시형태는 비상상황에서의 대처능력이 향상시킬 수 있다.Fifth, a high reliability battery energy storage device according to an embodiment of the present invention is capable of operating in a fault tolerance (FRT). For example, when one of the plurality of battery cells fails, the energy storage module using the corresponding battery cell is stopped and the AC side is bypassed, so that continuous operation is possible even during a failure. The failed energy storage module has time to spare and can be replaced later. As described above, the embodiment of the present invention can improve coping ability in an emergency situation.

여섯째로, 본 발명에 따르면, 방전용 절연형 직류-직류 변환부를 통해 전체 배터리팩이 직렬 연결된 상태로 양방향 PWM 인버터의 직류측 입출력단에 연결되므로 양방향 PWM 인버터의 직류측에 요구되는 높은 직류전압을 공급할 수 있다.
Sixth, according to the present invention, since the entire battery pack is connected to the DC input / output terminal of the bidirectional PWM inverter in series with the isolation DC-DC converter for discharge, the high DC voltage required on the DC side of the bidirectional PWM inverter Can supply.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the embodiments described, but should be determined by the scope of the following claims and equivalents thereof.

11: 배터리부 111: 배터리 팩
12: 양방향 PWM 인버터
131: 충전용 절연형 직류-직류 컨버터
132: 방전용 절연형 직류-직류 컨버터
14: LC 필터11: Battery part 111: Battery pack
12: Bidirectional PWM inverter
131: Rechargeable Isolated DC-DC Converter
132: Isolation DC-DC converter for room only
14: LC filter

Claims (5)

상호 직렬 연결된 사전 설정된 개수의 배터리 셀을 각각 포함하며 각각이 상호 직렬 연결된 복수의 배터리 팩;
상기 상호 직렬 연결된 복수의 배터리 팩 전체 연결구조에 입력단이 연결된 방전용 절연형 직류-직류 컨버터;
상기 복수의 배터리 팩 각각에 출력단이 연결된 충전용 절연형 직류-직류 컨버터; 및
상기 방전용 절연형 직류-직류 컨버터의 출력단 및 상기 복수의 충전용 절연형 직류-직류 컨버터의 입력단에 연결된 직류측 입출력단 및 교류 전원에 연결된 교류측 입출력단을 포함하며, 상기 방전용 절연형 직류-직류 컨버터를 통해 상기 상호 직렬 연결된 복수의 배터리 팩 전체 연결구조에 대응되는 직류 전압을 입력 받아 교류 전력으로 변환하고, 계통으로부터 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 충전용 절연형 직류-직류 컨버터 각각을 통해 상기 복수의 배터리 팩 각각에 제공하는 양방향 PWM 인버터
를 포함하는 무변압기형 장수명 에너지 저장 장치.A plurality of battery packs each including a predetermined number of battery cells mutually connected in series and each connected in series;
A discharge insulation type DC-DC converter having an input terminal connected to the plurality of battery packs connected in series;
A charging insulated DC-DC converter having an output terminal connected to each of the plurality of battery packs; And
An output terminal of the discharge insulation type DC-DC converter and an AC input / output terminal connected to an input terminal of the plurality of charging insulation DC-DC converters and an AC input / output terminal connected to the AC power source, - a direct current voltage corresponding to the entire connection structure of the plurality of battery packs connected in series by a direct current converter is received and converted into alternating current power, and the alternating current power is converted into direct current power from the system, Way PWM inverter < RTI ID = 0.0 >
Wherein the energy storage device is a non-transformer type long life energy storage device. 제1항에 있어서,
상기 복수의 배터리 팩 각각에 포함된 배터리 셀의 개수는, 상기 상호 직렬 연결된 배터리 셀 간의 셀 불평형 현상을 발생시키지 않는 개수인 것을 특징으로 하는 무변압기형 장수명 에너지 저장 장치.The method according to claim 1,
Wherein the number of battery cells included in each of the plurality of battery packs is a number that does not cause cell imbalance between the mutually connected battery cells. 제1항에 있어서,
상기 복수의 배터리 팩 각각과 그에 연결된 상기 복수의 충전용 절연형 직류-직류 컨버터 각각은 하나의 모듈로 형성된 것을 특징으로 하는 무변압기형 장수명 에너지 저장 장치.The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of battery packs and each of the plurality of insulated DC-DC converters connected to the plurality of battery packs is formed of a single module. 제1항에 있어서, 상기 충전용 절연형 직류-직류 컨버터는,
그 입력단에 연결되어 풀 브릿지 스위칭 되는 스위칭 소자를 포함하는 직류-교류 변환부와, 그 출력단에 연결되어 풀 브릿지 스위칭 되는 스위칭 소자를 포함하는 교류-직류 변환부와, 상기 직류-교류 변환부와 상기 교류-직류 변환부를 상호 전자기적으로 연결하는 고주파 트랜스포머를 포함하는 고주파 링크형 직류-직류 컨버터인 것을 특징으로 하는 무변압기형 장수명 에너지 저장 장치.The charging type insulated DC-DC converter according to claim 1,
An AC-to-DC converter including a DC-AC converter including a switching element connected to an input terminal of the DC-AC converter and a switching element connected to the output of the DC-AC converter, DC converter is a high-frequency link type DC-DC converter including a high-frequency transformer that mutually electromagnetically connects an AC-DC converter. 제1항에 있어서, 상기 방전용 절연형 직류-직류 컨버터는,
그 입력단에 연결되어 풀 브릿지 스위칭 되는 스위칭 소자를 포함하는 직류-교류 변환부와, 그 출력단에 연결되어 풀 브릿지 스위칭 되는 스위칭 소자를 포함하는 교류-직류 변환부와, 상기 직류-교류 변환부와 상기 교류-직류 변환부를 상호 전자기적으로 연결하는 고주파 트랜스포머를 포함하는 고주파 링크형 직류-직류 컨버터인 것을 특징으로 하는 무변압기형 장수명 에너지 저장 장치.The DC-DC converter according to claim 1, wherein the discharge-
An AC-to-DC converter including a DC-AC converter including a switching element connected to an input terminal of the DC-AC converter and a switching element connected to the output of the DC-AC converter, DC converter is a high-frequency link type DC-DC converter including a high-frequency transformer that mutually electromagnetically connects an AC-DC converter.
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