KR101609245B1 - Apparatus for storing energy - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 형태는 에너지 저장 장치에 관한 것이다. 전원으로부터 입력 받은 에너지의 전압을 승압시켜 DC링크 캐패시터단으로 출력하는 출력하는 승압형 컨버터; 전원으로부터 입력 받은 에너지를 배터리에 저장하는 충전스위치; 배터리에 저장된 에너지를 전력계통으로 출력하는 양방향 스위치; 및 충전스위치와 배터리 사이에 연결되어 배터리에 저장되는 에너지를 강압시키고, 양방향 스위치와 배터리 사이에 연결되어 배터리에서 방전되는 에너지를 승압시키는 공통스위치/저주파 필터; 를 포함하는 에너지 저장 장치를 제안한다. 이를 통해, 전원에서 공급받는 에너지를 배터리에 저장시키기 위하여 하나의 강압 컨버터를 통과시킴으로써, 배터리 충전 효율을 향상시킬 수 있다.One embodiment of the invention relates to an energy storage device. A step-up type converter that boosts a voltage of energy received from a power source and outputs the voltage to a DC link capacitor stage; A charging switch for storing the energy received from the power source in the battery; A bidirectional switch for outputting energy stored in the battery to a power system; And a common switch / low frequency filter connected between the charge switch and the battery to reduce the energy stored in the battery and connected between the bidirectional switch and the battery to boost the energy discharged from the battery. And an energy storage device. Accordingly, the battery charging efficiency can be improved by passing a single step-down converter to store the energy supplied from the power source in the battery.
Description
본 발명은 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an energy storage device.
최근, 정전 등에 대비하고 AC 계통에 안정적인 부하 전원을 공급하기 위하여 PCS(Power Conditioning System)에 ESS(Energy Storage System)를 추가하는 경향이 증가되고 있다. (이하 상기 PCS 및 ESS를 포함하여 에너지 저장장치라고 하겠다.)In recent years, there has been an increasing tendency to add an ESS (Energy Storage System) to a PCS (Power Conditioning System) in order to provide stable load power to the AC system in preparation for power failure. (Hereinafter referred to as an energy storage device including the PCS and the ESS).
일반적으로, 에너지 저장장치는 전원에서 공급받는 에너지를 전력계통으로 출력하는 제1 기능, 배터리에 저장된 에너지를 전력계통으로 출력하는 제2 기능, 전원에서 공급받는 에너지를 배터리에 저장시키는 제3 기능을 수행할 수 있다.Generally, the energy storage device has a first function of outputting energy supplied from a power source to a power system, a second function of outputting energy stored in the battery to a power system, and a third function of storing energy supplied from the power source into a battery Can be performed.
여기서, 에너지 저장장치가 상기 제1 기능을 수행하기 위해 입력 받은 에너지가 승압형 컨버터(Boost converter)를 통과하여 승압되고, 상기 제2 기능을 수행하기 위해 저장된 에너지가 양방향 컨버터(Buck-boost converter)를 통과하여 승압된다. 그리고, 상기 제3 기능을 수행하기 위해 입력 받은 에너지가 승압형 컨버터 및 양방향 컨버터를 모두 통과하여 강압된다.Here, the energy stored in the energy storage device to perform the first function is boosted through a boost converter, and the energy stored to perform the second function is boosted by a bi-directional converter (Buck-boost converter) And is boosted. The energy input to perform the third function is reduced through both the step-up converter and the bidirectional converter.
각각의 컨버터에서는 저항 성분과 펄스 폭 변조(PWM) 스위칭에 의해 손실이 발생하고, 이러한 컨버터단을 여러 번 거칠수록 그만큼 효율이 나빠지게 된다.In each converter, losses are caused by resistance component and pulse width modulation (PWM) switching, and the more the converter stages are touched, the worse it becomes.
즉, 에너지 저장장치가 상기 제3 기능을 수행하기 위해 컨버터단을 여러 번 거침으로써 에너지 효율이 나빠지는 문제점이 있다.
That is, there is a problem in that energy efficiency is deteriorated due to the energy storage device performing the third function several times over the converter stage.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시 예는, 전원에서 공급받는 에너지를 배터리에 저장시키기 위하여 하나의 강압 컨버터를 통과시키는 에너지 저장 장치를 제공한다.
In order to solve the above problems, an embodiment of the present invention provides an energy storage device for passing a single step-down converter in order to store energy supplied from a power supply in a battery.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치는, DC링크 캐패시터단; 전원으로부터 입력 받은 에너지의 전압을 승압시켜 상기 DC링크 캐패시터단으로 출력하는 승압형 컨버터; 배터리에 저장된 에너지를 상기 DC링크 캐패시터단으로 출력하고, 상기 DC링크 캐패시터단에 저장된 에너지를 상기 배터리에 저장하는 양방향 스위치; 상기 전원으로부터 에너지를 입력 받아 상기 배터리에 저장하는 충전스위치; 및 상기 양방향 스위치 및/또는 충전스위치로부터 배터리에 저장되는 에너지를 강압시키고, 상기 배터리에서 상기 양방향 스위치 및/또는 충전스위치로 방전되는 에너지를 승압시키는 공통스위치; 를 포함할 수 있다.An energy storage device according to an embodiment of the present invention includes: a DC link capacitor stage; A step-up type converter for boosting a voltage of energy received from a power source and outputting the voltage to the DC link capacitor stage; A bidirectional switch for outputting energy stored in the battery to the DC link capacitor stage and storing energy stored in the DC link capacitor stage in the battery; A charging switch for receiving energy from the power source and storing the energy in the battery; And a common switch for reducing the energy stored in the battery from the bidirectional switch and / or the charging switch and for boosting the energy discharged from the battery to the bidirectional switch and / or the charging switch; . ≪ / RTI >
또한, 상기 양방향 스위치는 제1 스위치를 포함하고, 상기 공통스위치는 제2 스위치를 포함하고, 상기 충전스위치는 제3 스위치를 포함하고, 상기 양방향 스위치 및 상기 공통스위치는 각각 제1 스위치 및 제2 스위치의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 승압 또는 강압시키고, 상기 공통스위치/저주파 필터 및 상기 충전스위치는 각각 제2 스위치 및 제3 스위치의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 강압시킬 수 있다.The bidirectional switch includes a first switch, the common switch includes a second switch, the charge switch includes a third switch, and the bidirectional switch and the common switch are respectively connected to a first switch and a second switch, The common switch / low-frequency filter and the charge switch control ON / OFF of the second switch and the third switch to control the voltage of the energized energy by controlling on / off of the second switch and the third switch, respectively, .
또한, 상기 승압형 컨버터에서 출력되는 에너지의 전압을 직류에서 교류로 변환시키는 인버터를 더 포함하고, 상기 승압형 컨버터는 태양 전지(Solar cell)로부터 에너지를 입력 받고 최대 전력 점 추종(Maximum power point tracking)을 할 수 있다.The boost converter further includes an inverter for converting a voltage of energy output from the step-up type converter from a direct current to an alternating current. The step-up type converter receives energy from a solar cell and calculates a maximum power point tracking )can do.
또한, 상기 양방향 스위치와 상기 공통스위치는 DC링크 캐패시터단의 에너지를 강압하여 배터리에 저장하고, 배터리에 저장된 에너지를 승압하여 DC링크 캐패시터단으로 출력할 수 있다.The bidirectional switch and the common switch may reduce the energy of the DC link capacitor stage and store the energy in the battery, boost the energy stored in the battery, and output it to the DC link capacitor stage.
또한, 상기 충전스위치는 상기 배터리로부터 상기 전원으로 에너지가 흐르는 것을 방지하는 방향으로 연결된 다이오드를 포함하고, 상기 충전스위치는 태양 전지(Solar cell)로부터 에너지를 입력 받고 최대 전력 점 추종(Maximum power point tracking)을 할 수 있다.
In addition, the charging switch includes a diode connected in a direction to prevent energy from flowing from the battery to the power source. The charging switch receives energy from a solar cell and calculates a maximum power point tracking )can do.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치는, 태양 전지(Solar cell)로부터 입력 받은 에너지의 전압을 승압시켜 DC링크 캐패시터단으로 출력하는 승압형 컨버터; 상기 DC링크 캐패시터단 에너지의 전압을 강압시켜 배터리에 저장하고, 배터리에 저장된 에너지의 전압을 승압시켜 DC링크 캐패시터단으로 출력하는 양방향 컨버터; 및 상기 태양 전지로부터 입력 받은 에너지의 전압을 강압시켜 상기 배터리에 저장하는 강압형 컨버터; 를 포함할 수 있다.The energy storage device according to an embodiment of the present invention includes: a boost converter that boosts a voltage of energy received from a solar cell and outputs the boosted voltage to a DC link capacitor stage; A bidirectional converter that steps down the voltage of the DC link capacitor energy and stores the voltage in the battery, boosts the voltage of the energy stored in the battery, and outputs the voltage to the DC link capacitor stage; A step-down type converter for reducing the voltage of the energy received from the solar cell and storing the reduced voltage in the battery; . ≪ / RTI >
또한, 상기 양방향 컨버터는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하고, 상기 강압형 컨버터는 제2 스위치 및 제3 스위치를 포함하고, 상기 양방향 컨버터는 제1 스위치 및 제2 스위치의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 승압 또는 강압시키고, 상기 강압형 컨버터는 제2 스위치 및 제3 스위치의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 강압시킬 수 있다.Further, the bidirectional converter includes a first switch and a second switch, the step-down type converter includes a second switch and a third switch, and the bidirectional converter controls ON / OFF of the first switch and the second switch And the step-down type converter can control on / off of the second switch and the third switch to reduce the voltage of the energy to be conducted.
또한, 상기 강압형 컨버터는 상기 배터리로부터 상기 태양 전지로 에너지가 흐르는 것을 방지하는 방향으로 연결된 다이오드를 포함할 수 있다.
In addition, the step-down type converter may include a diode connected in a direction to prevent energy from flowing from the battery to the solar cell.
전원에서 공급받는 에너지를 배터리에 저장시키기 위하여 하나의 강압 컨버터를 통과시킴으로써, 배터리 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
By passing a single step-down converter in order to store the energy supplied from the power source in the battery, the charging efficiency of the battery can be improved.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치 및 에너지 저장 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치가 에너지를 출력하는 동작 및 양방향 컨버터를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치가 에너지를 저장하는 동작 및 강압형 컨버터를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치를 나타낸 회로도이다.1 is a block diagram showing an energy storage device and an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating an operation and a bi-directional converter in which an energy storage device outputs energy according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating an operation and a step-down converter in which an energy storage device stores energy according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram showing an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It is noted that the technical terms used herein are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. It is also to be understood that the technical terms used herein are to be interpreted in a sense generally understood by a person skilled in the art to which the present invention belongs, Should not be construed to mean, or be interpreted in an excessively reduced sense. Further, when a technical term used herein is an erroneous technical term that does not accurately express the spirit of the present invention, it should be understood that technical terms that can be understood by a person skilled in the art are replaced. In addition, the general terms used in the present invention should be interpreted according to a predefined or prior context, and should not be construed as being excessively reduced.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, the singular forms "as used herein include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the term "comprising" should not be construed as necessarily including the various elements or steps described in the specification, and some of the elements or portions thereof may not be included, Or < / RTI > additional elements or steps.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.Further, the suffix "part" for a component used in the present specification is given or mixed in consideration of ease of specification, and does not have a meaning or role that is different from itself.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.Furthermore, terms including ordinals such as first, second, etc. used in this specification can be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like or similar elements throughout the several views, and redundant description thereof will be omitted.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. It is to be noted that the accompanying drawings are only for the purpose of facilitating understanding of the present invention, and should not be construed as limiting the scope of the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치 및 에너지 저장 시스템을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing an energy storage device and an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 에너지 저장 시스템은 에너지 저장 장치(100), 전원(200), 배터리(300), 인버터(400) 및 전력계통(500)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an energy storage system may include an
또한, 에너지 저장 장치(100)는 승압형 컨버터(110), 양방향 스위치(120), 공통스위치/저주파 필터(130), 충전스위치(140) 및 DC링크 캐패시터단(150)을 포함할 수 있다.
The
이하 도 1을 참조하여 에너지 저장 시스템에 대하여 설명한다.The energy storage system will now be described with reference to FIG.
에너지 저장 장치(100)는, 전원(200)에서 공급받는 에너지를 전력계통(500)으로 출력하고, 배터리(300)에 저장된 에너지를 전력계통(500)으로 출력하고, 전원(200)에서 공급받는 에너지를 배터리(300)에 저장시킬 수 있다.The
전원(200)은, 외부의 전기 이외의 에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있다. 여기서, 전기 이외의 에너지는 신재생 에너지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전원(200)은 태양 전지(Solar cell)를 포함할 수 있고, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 상기 에너지 저장 장치(100)로 출력할 수 있다.The
배터리(300)는, 전원(200)이나 전력계통(500)에서 입력 받은 에너지를 저장할 수 있다.The
인버터(400)는, 상기 에너지 저장 장치(100)에서 출력되는 에너지의 전압을 직류에서 교류로 변환시킬 수 있다. 여기서, 상기 인버터(400)는 스위치 4개로 구성된 단상 인버터 및 스위치 6개로 구성된 3상 인버터를 포함할 수 있다.The
또한, 상기 인버터(400)는 상기 에너지 저장 장치(100)에 포함될 수 있다.In addition, the
전력계통(500)은, 발전소, 송변전설비, 배전설비 및 기타 부대설비 등이 유기적으로 결합된 시스템을 포함한다. 상기 전력계통(500)은 전원(200) 또는 배터리(300)로부터 에너지를 입력 받을 수 있고, 배터리로 에너지를 저장할 수 도 있다.The
일반적으로, 상기 전원(200)의 전압 범위는 배터리(300)보다 높고 DC링크 캐패시터단(150) 보다는 낮을 수 있다. 따라서, 상기 전원(200)에서 변환된 에너지를 배터리(300)로 보낼 때는 전압을 강압시키고, DC링크 캐패시터단(150)을 거쳐 전력계통(500)으로 보낼 때는 전압을 승압시킬 필요가 있다.
Generally, the voltage range of the
이하 도 1을 참조하여 에너지 저장 장치(100)에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the
승압형 컨버터(110)는, 전원(200)으로부터 입력 받은 에너지의 전압을 승압시켜 DC링크 캐패시터단(150)으로 출력할 수 있다. 여기서 DC링크 캐패시터단(150)은 승압형 컨버터와 인버터 사이에 존재할 수 있다. 상기 승압형 컨버터(110)는 전원(200)으로부터의 출력을 DC링크 캐패시터단(150)으로 승압시키는 역할을 하고, 인버터(400)가 DC링크 캐패시터단(150)에 저장된 에너지를 전력계통(500)으로 출력할 수 있다. DC링크 캐패시터단(150)에 저장된 에너지 형태는 DC 성분이고, 인버터가 이 DC 전원을 계통에 맞게 AC 전원으로 변환시킬 수 있다.The step-up
여기서, 승압형 컨버터(Boost converter)는 인덕터, 다이오드 및 전력용 스위치를 포함할 수 있다. 이상적으로 승압형 컨버터는 전력의 손실 없이 전압을 증가시킬 수 있다. 그러나, 실제 승압형 컨버터는 회로의 각 저항 성분들과 펄스 폭 변조(PWM) 스위칭에 의해 에너지의 손실이 발생한다.Here, the boost converter may include an inductor, a diode, and a switch for power. Ideally, a step-up converter can increase the voltage without loss of power. However, an actual step-up converter has a loss of energy due to each resistance component of the circuit and pulse width modulation (PWM) switching.
또한, 상기 승압형 컨버터(110)는 태양 전지(Solar cell)로부터 에너지를 입력 받고 최대출력점 동작(Maximum power point tracking)을 할 수 있다. 이에 따라, 상기 태양 전지가 최대 출력 발전을 함과 동시에 출력되는 에너지의 전압을 승압시킬 수 있다.
In addition, the step-up
양방향 스위치(120)는, 배터리(300)에 저장된 에너지를 DC링크 캐패시터단(150)으로 출력할 수 있다. 여기서, 양방향은 상기 배터리(300)에서 상기 DC링크 캐패시터단(150)으로 향하는 방향과 그 반대 방향을 의미하므로, 상기 양방향 스위치(120)는 가역적이다. 즉, 상기 양방향 스위치(120)의 스위치가 동작하면, 상기 DC링크 캐패시터단(150)에서 입력 받은 에너지를 상기 배터리(300)로 저장시킬 수도 있다. 이 경우, 상기 DC링크 캐패시터단(150)에서 입력 받은 에너지는 강압되어 배터리(300)에 저장될 수 있다. 전압의 강압 과정은 양방향 컨버터(Buck-boost converter)로 구현될 수 있으며, 이에 대해서는 도2 및 도4를 참조하여 후술한다.
The
공통스위치/저주파 필터(130)는, 충전스위치(140)와 배터리(300) 사이에 연결되어 상기 배터리(300)에 저장되는 에너지를 강압시키고, 양방향 스위치(120)와 상기 배터리(300) 사이에 연결되어 상기 배터리(300)에서 방전되는 에너지를 DC링크 캐패시터단(150)으로 승압시킬 수 있다. 여기서, 상기 공통스위치/저주파 필터(130)는 스위치의 기능과 필터의 기능을 모두 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 공통스위치/저주파 필터(130)가 스위치의 기능을 수행함으로써, 배터리(300)에 저장된 에너지를 출력할 뿐만 아니라 충전스위치(140)와 함께 동작하여 전원(200)으로부터 에너지를 입력 받을 수도 있다.The common switch /
또한, 상기 공통스위치/저주파 필터(130)가 필터의 기능을 수행함으로써, DC전압에 포함된 고주파 잡음을 여과시킬 수 있고, 구형파를 일정한 전압으로 변환시킬 수 있다.Further, by performing the function of the filter, the common switch / low-
전압의 승압 과정은 양방향 컨버터(Buck-boost converter)로 구현될 수 있으며, 이에 대해서는 도2 및 도4를 참조하여 후술한다.
The boosting process of the voltage can be implemented by a buck-boost converter, which will be described later with reference to FIG. 2 and FIG.
충전스위치(140)는, 전원(200)으로부터 에너지를 입력 받아 배터리(300)로 출력할 수 있다. 또한, 상기 충전스위치(140)는 상기 공통스위치/저주파 필터(130)와 연동하여 상기 전원(200)으로부터 입력 받은 에너지의 전압을 강압시킬 수 있다. 전압의 강압 과정에 대해서는 도3 및 도4를 참조하여 후술한다.The charging
또한, 상기 충전스위치(140)는 태양 전지(Solar cell)로부터 에너지를 입력 받고 최대출력점 동작(Maximum power point tracking)을 할 수 있다. 이에 따라, 상기 태양 전지가 최대 출력 발전을 함과 동시에 출력되는 에너지의 전압을 강압시킬 수 있다. 전압의 강압 과정은 강압형 컨버터(Buck converter)로 구현될 수 있으며, 이에 대해서는 도3 및 도4를 참조하여 후술한다.
Also, the charging
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치가 에너지를 출력하는 동작 및 양방향 컨버터를 나타낸 블록도이다. 2 is a block diagram illustrating an operation and a bi-directional converter in which an energy storage device outputs energy according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 양방향 스위치(120) 및 공통스위치/저주파 필터(130)는 서로 연동하여 양방향 컨버터(Buck-boost converter)로 동작할 수 있다.
Referring to FIG. 2, the
에너지 저장 장치(100)가 에너지를 출력하는 동작은 2가지 구분할 수 있다. 제1 동작은 전원(200)에서 DC링크 캐패시터단(150)으로 전압을 승인시킨 후 인버터를 거쳐 전력계통(500)으로 에너지를 출력시키는 동작이다. 제2 동작은 배터리(300)에서 DC링크 캐패시터단(150)으로 전압을 승압시킨 후 인버터를 거쳐 전력계통(500)으로 에너지를 출력시키는 동작이다. 추가로, 에너지 저장 장치(100)는 전력계통(500)에서 인버터, DC링크 캐패시터단(150)을 거쳐, 전압을 강압시키면서 배터리(300)으로 에너지를 입력시키는 제3 동작을 수행할 수도 있다.The operation in which the
양방향 스위치(120) 및 공통스위치/저주파 필터(130)를 포함하는 양방향 컨버터(Buck-boost converter)는 상기 제2 동작 및 제3 동작에 관여하여 전압을 승압 또는 강압시킬 수 있다. 구체적으로, 양방향 컨버터가 DC링크 캐패시터단(150)에서 배터리(300)로 에너지를 충전시키는 제3 동작을 수행할 때는 강압형 컨버터(Buck converter)로 동작할 수 있다. 반면, 양방향 컨버터가 배터리(300)에서 DC링크 캐패시터단(150)으로 에너지를 방전시키는 제2 동작을 수행할 때는 승압형 컨버터(Boost converter)로 동작할 수 있다.A buck-boost converter including the
한편, 에너지 저장 장치(100)가 에너지를 출력하는 동작을 수행할 때, 양방향 스위치(120)는 PWM 동작(온/오프)을 하면서 에너지를 도통시키고, 충전스위치(140)는 동작을 멈춰서(계속 오프) 에너지의 도통을 차단시킬 수 있다.
On the other hand, when the
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치가 에너지를 저장하는 동작 및 강압형 컨버터를 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram illustrating an operation and a step-down converter in which an energy storage device stores energy according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 공통스위치/저주파 필터(130) 및 충전스위치(140)는 서로 연동하여 강압형 컨버터(Buck converter)로 동작할 수 있다.
Referring to FIG. 3, the common switch /
에너지 저장 장치(100)가 에너지를 저장하는 동작은 2가지로 구분할 수 있다. 제1 동작은 전원(200)에서 승압형 컨버터(110)를 거쳐 DC링크 캐패시터단(150)으로 에너지를 보내면서 승압시키고, 양방향 컨버터를 거쳐 DC링크 캐패시터단(150)의 승압된 에너지를 배터리로 보내면서 전압을 강압시키는 동작이다. 제2 동작은 전원(200)에서 충전스위치(140)가 포함된 강압형 컨버터로 에너지를 보내면서 전압을 강압시키는 동작이다.The operation of storing energy by the
상기 제1 동작을 수행하기 위하여, 양방향 스위치(120) 및 공통스위치/저주파 필터(130)는 상보적으로 PWM 스위치 동작을 하면서(오/오프 반복) 에너지의 도통시키고, 충전스위치(140)는 동작을 멈춰서(계속 오프) 에너지의 도통을 차단시킬 수 있다. 상기 제1 동작은 승압형 컨버터(110) 및 양방향 컨버터 모두에서 저항 성분과 펄스 폭 변조(PWM) 스위칭에 의해 손실이 발생하므로, 에너지 손실이 커질 수 있다.In order to perform the first operation, the
상기 제2 동작을 수행하기 위하여, 양방향 스위치(120)는 동작을 멈춰서(계속 오프) 에너지의 도통을 차단시키고, 공통스위치/저주파 필터(130) 및 충전스위치(140)는 상보적으로 PWM 스위치 동작을 하면서(공통스위치가 온 할 때 충전스위치는 오프, 반대로 공통스위치가 오프할 때에는 충전스위치가 온) 에너지를 도통시킬 수 있다. 즉, 전원에서 공급받는 에너지를 배터리에 저장시키기 위하여 하나의 강압 컨버터를 통과시킴으로써, 배터리 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
In order to perform the second operation, the
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치를 나타낸 회로도이다.4 is a circuit diagram showing an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 에너지 저장 장치(100)에 포함된 양방향 스위치(120)는 제1 스위치(121)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the
또한, 에너지 저장 장치(100)에 포함된 공통스위치/저주파 필터(130)는 제2 스위치(131), 인덕터(132) 및 캐패시터(133)를 포함할 수 있다.The common switch /
또한, 에너지 저장 장치(100)에 포함된 충전스위치(140)는 제3 스위치(141) 및 다이오드(142)를 포함할 수 있다.
The charging
상기 양방향 스위치(120) 및 상기 공통스위치/저주파 필터(130)는 양방향 동기형(Synchronous) 벅/부스트 컨버터로서 제1 스위치(121), 제2 스위치(131) 및 인덕터(132)를 포함할 수 있다.The
즉, 상기 양방향 스위치(120) 및 상기 공통스위치/저주파 필터(130)는 각각 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(131)의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 승압 또는 강압시킬 수 있다.
That is, the
구체적으로, 상기 양방향 스위치(120) 및 상기 공통스위치/저주파 필터(130) 사이의 중간 전압을 이용하여 설명한다. 상기 제1 스위치(121)이 켜지고 상기 제2 스위치(131)가 꺼지는 제1 상태의 경우, 상기 중간 전압의 크기는 입력 전압의 크기와 같다. 또한, 상기 제1 스위치(121)이 꺼지고 상기 제2 스위치(131)가 켜지는 제2 상태의 경우, 상기 중간 전압의 크기는 0이다. 상기 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(131)의 온/오프를 제어는 상기 제1 상태 및 제2 상태의 반복을 의미할 수 있다.Specifically, the intermediate voltage between the
상기 제1 상태 및 제2 상태의 반복에 의해 상기 중간 전압은 구형파 형태가 될 수 있다. 이때, 상기 공통스위치/저주파 필터(130)에 포함된 인덕터(132) 및 캐패시터(133)는 상기 중간 전압에 포함된 고주파 성분을 여과시킬 수 있다. 따라서, 상기 중간 전압은 상기 공통스위치/저주파 필터(130)를 통과하면서 평활화된 전압의 형태로 변환될 수 있다.By repeating the first state and the second state, the intermediate voltage can be in the form of a square wave. At this time, the
여기서, 평활화된 전압의 크기는 상기 구형파의 평균 전압이다. 따라서, 상기 평활화된 전압의 크기는 상기 구형파의 제1 상태의 전압과 상기 구형파의 듀티비의 곱이 된다. 상기 듀티비가 100%가 아닌 경우, 상기 평활화된 전압의 크기는 상기 구형파의 제1 상태의 전압보다 작다. 즉, 상기 양방향 스위치(120)를 통해 입력된 에너지의 전압은 강압되어 상기 공통스위치/저주파 필터(130)를 통해 평활화된 전압으로 출력될 수 있다.
Here, the magnitude of the smoothed voltage is an average voltage of the square wave. Thus, the magnitude of the smoothed voltage is a product of the voltage of the first state of the square wave and the duty ratio of the square wave. If the duty ratio is not 100%, the magnitude of the smoothed voltage is smaller than the voltage of the first state of the square wave. That is, the voltage of the energy input through the
상기 양방향 컨버터가 전술한 전압의 강압 과정을 역으로 수행할 경우, 전압을 승압시킬 수 있다. 따라서, 상기 공통스위치/저주파 필터(130)를 통해 입력되는 에너지의 전압은 승압되어 상기 양방향 스위치(120)를 통해 승압된 에너지를 출력할 수 있다.
When the bidirectional converter reverses the above-described voltage down-converting process, the voltage can be boosted. Accordingly, the voltage of the energy input through the common switch / low-
상기 공통스위치/저주파 필터(130) 및 상기 충전스위치(140)는 강압형 컨버터로서 제2 스위치(131), 제3 스위치(141) 및 인덕터(132)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 스위치(131) 및 인덕터(132)는 상기 양방향 컨버터에 있는 소자를 공통으로 사용할 수 있다.The common switch /
상기 공통스위치/저주파 필터(130) 및 상기 충전스위치(140)는 각각 제2 스위치(131) 및 제3 스위치(141)의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 강압시킬 수 있다. 전압의 강압 과정은 상기 양방향 컨버터의 강압 과정과 실질적으로 동일하다.
The common switch / low-
그러나, 상기 강압형 컨버터는 전술한 전압의 강압 과정을 역으로 수행하지 못할 수 있다. 상기 충전스위치(140)는 배터리(300)로부터 전원(200)으로 에너지가 흐르는 것을 방지하는 방향으로 연결된 다이오드(142)를 포함할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 상기 전원(200)은 전기 이외의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전 기능을 수행할 뿐, 전기 에너지를 전기 이외의 에너지로 변환하는 기능은 수행하지 않을 수 있다.However, the step-down type converter can not reverse the above-described voltage step-down process. The charging
여기서, 상기 배터리(300)로부터 상기 충전스위치(140)를 통해 상기 전원(200)으로 에너지가 흐를 경우 적어도 3가지의 문제가 발생할 수 있다. 첫째, 상기 전원(200)이 손상될 수 있다. 둘째, 상기 배터리(300)로부터 전력계통(500)으로 에너지를 출력할 때, 에너지가 누설될 수 있다. 셋째, 상기 충전스위치(140)에서의 최대출력점 동작(MPPT) 수행이 방해될 수 있다. 즉, 상기 충전스위치(140)가 배터리(300)로부터 전원(200)으로 에너지가 흐르는 것을 방지하는 방향으로 연결된 다이오드(142)를 포함함으로써, 상기 3가지 문제점을 해결할 수 있다.
Here, at least three problems may occur when energy flows from the
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.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, Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, I will say.
100: 에너지 저장 장치 110: 승압형 컨버터
120: 양방향 스위치 121: 제1 스위치
130: 공통스위치/저주파 필터 131: 제2 스위치
132: 인덕터 133: 캐패시터
140: 충전스위치 141: 제3 스위치
142: 다이오드 150: DC링크 캐패시터단
200: 전원 300: 배터리
400: 인버터 500: 전력계통100: Energy storage device 110: Boost converter
120: bi-directional switch 121: first switch
130: common switch / low frequency filter 131: second switch
132: Inductor 133: Capacitor
140: charge switch 141: third switch
142: diode 150: DC link capacitor stage
200: Power source 300: Battery
400: inverter 500: power system
Claims (8)
전원으로부터 입력 받은 에너지의 전압을 승압시켜 상기 DC링크 캐패시터단으로 출력하는 승압형 컨버터;
배터리에 저장된 에너지를 상기 DC링크 캐패시터단으로 출력하고, 상기 DC링크 캐패시터단에 저장된 에너지를 상기 배터리에 저장하는 양방향 스위치;
상기 전원으로부터 에너지를 입력 받아 상기 배터리에 저장하는 충전스위치; 및
상기 양방향 스위치 및/또는 충전스위치로부터 배터리에 저장되는 에너지를 강압시키고, 상기 배터리에서 상기 양방향 스위치 및/또는 충전스위치로 방전되는 에너지를 승압시키는 공통스위치; 를 포함하고,
상기 충전스위치는 상기 공통스위치와 함께 상보적으로 펄스 폭 변조(PWM) 스위칭 동작을 하여 최대 전력 점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT)에 따른 강압 전압을 결정하는 에너지 저장 장치.
DC link capacitor stage;
A step-up type converter for boosting a voltage of energy received from a power source and outputting the voltage to the DC link capacitor stage;
A bidirectional switch for outputting energy stored in the battery to the DC link capacitor stage and storing energy stored in the DC link capacitor stage in the battery;
A charging switch for receiving energy from the power source and storing the energy in the battery; And
A common switch for reducing the energy stored in the battery from the bidirectional switch and / or the charging switch and for boosting the energy discharged from the battery to the bidirectional switch and / or the charging switch; Lt; / RTI >
Wherein the charge switch performs a pulse width modulation (PWM) switching operation complementarily with the common switch to determine a step-down voltage according to a maximum power point tracking (MPPT).
상기 양방향 스위치는 제1 스위치를 포함하고,
상기 공통스위치는 제2 스위치를 포함하고,
상기 충전스위치는 제3 스위치를 포함하고,
상기 양방향 스위치 및 상기 공통스위치는 각각 제1 스위치 및 제2 스위치의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 승압 또는 강압시키고,
상기 공통스위치 및 상기 충전스위치는 각각 제2 스위치 및 제3 스위치의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 강압시키는 에너지 저장 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the bi-directional switch includes a first switch,
Wherein the common switch includes a second switch,
Wherein the charge switch includes a third switch,
Wherein the bidirectional switch and the common switch control on / off of the first switch and the second switch, respectively, to step up or step down the voltage of the energized conduction,
Wherein the common switch and the charge switch control ON / OFF of the second switch and the third switch, respectively, to reduce the voltage of the conductive energy.
상기 DC링크 캐패시터단에서 출력되는 에너지의 전압을 직류에서 교류로 변환시켜 전력계통으로 출력하고, 전력계통에서 입력되는 에너지의 전압을 교류에서 직류로 변환시키는 인버터를 더 포함하는 에너지 저장 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising an inverter for converting a voltage of energy output from the DC link capacitor stage from a direct current to an alternating current and outputting the voltage to a power system and converting a voltage of energy input from the power system from alternating current to direct current.
상기 충전스위치는 상기 배터리로부터 상기 전원으로 에너지가 흐르는 것을 방지하는 방향으로 연결된 다이오드를 포함하는 에너지 저장 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the charging switch comprises a diode connected in a direction to prevent energy from flowing from the battery to the power source.
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