KR20130009749A

KR20130009749A - 에너지 스토리지 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20130009749A
Application number: KR1020127021827A
Authority: KR
Inventors: 존 엠 밀러
Original assignee: 맥스웰 테크놀러지스 인코포레이티드
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2013-01-23
Also published as: CN102822001A; US20120319471A1; EP2528768A2; US9272627B2; WO2011090511A2; JP5731545B2; KR101668511B1; WO2011090511A3; JP2013518551A

Abstract

배터리와 울트라커패시터를 포함하는 에너지 스토리지 시스템에서, 울트라커패시터의 잔존용량(state of charge, SOC)은 동적인 세트 포인트의 대상이다. 이 동적인 세트 포인트의 제어는, 예를 들어 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차와 같이 어느 노출된 에너지 스토리지 시스템에 대한 로드 레이짐(load regime)의 함수이다. 세트 포인트의 제어는, 제어 계수의 실시간 조절을 허용하는 로드 전류의 실시간 고속 푸리에 변환 분석에 부분적으로 기초할 수 있다. 위 방법으로 예를 들어, 회생 제동(regenerative braking)으로부터 고전류를 흡수할 수 있도록 하는 것이 요구될 때, 완전히 충전되는 커패시터의 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 이용 가능한 부스트 파워를 갖는 것이 요구될 때, 거의 방전되는 커패시터의 발생을 최소화하는 것이 가능하다. 결과는, 상대적으로 작은 울트라커패시터(아마 배터리의 에너지 스토리지 용량의 1/100, 2/100 용량을 가지고 있는) 조차 배터리에서 방출되는 쓸데없는 열을 크게 감소시킬 수 있고, 배터리 안과 밖으로의 다른 불필요한 전류 순환을 감소시킬 수 있다. 이 방법은 배터리 수명과 배터리 성능을 확장시킬 수 있다.

Description

에너지 스토리지 시스템 및 방법{ENERGY STORAGE SYSTEMS AND METHODS}

본 특허 출원은 각각 2010년 1월 25일에 제출된 미국 특허 출원 번호 61/298,204 및 61/298,206호의 이익을 주장하며, 각각은 모든 목적을 위해 참조로 여기에 포함된다.

아래의 설명은 커패시터 및 배터리를 이용한 에너지 스토리지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

많은 고전력 시스템에서, 울트라커패시터와 배터리의 조합은 배터리만 있을 때보다 훨씬 잘 동작한다. 하지만, 울트라커패시터와 배터리를 함께 이용하는 오늘날의 시스템조차 개선의 여지를 많이 가지고 있다. 그 시스템의 성능은 실제 로드 및 서비스 이용의 전체 성능을 넘을 만큼 좋은 것은 아니다. 또한, 배터리는 바라는 만큼 지속되지 않는다. 아래 상세한 설명에서 설명될 것처럼, 본 발명은 더 긴 배터리 수명의 기대 및 더 나은 배터리 성능을 제공한다. 하지만 우선, 몇몇 전문용어를 정립시키고, 지금까지 충족되지 않은 많은 필요사항에 대한 이해를 도울 수 있는 몇몇 배경 기술이 제공될 것이다.

도 1은 하이브리드 자동차(21)의 단순화된 블록 다이어그램을 도시한 도면이다. 내연 기관(internal combustion engine) 및 알터네이터(alternator)(23)는 바퀴 및 드라이브 트레인(drive train)(25)에 기계적으로 차례차례 결합된 모터 제네레이터(motor-generator)(24)에 전력을 공급한다. 중요한 것은, 하이브리드 자동차는 회생 제동(regenerative braking)을 사용한다는 것이고, 하이브리드 자동차는 드라이브 트레인(25)을 지나 모터 제네레이터(24)까지의 운동 에너지를 회생 제동에서 에너지 스토리지 시스템(26)에 저장된 전기 에너지로 변환하는 것에 의해 감속된다는 것이다. 에너지 스토리지 시스템(26)은 단자(30, 31)에서 이단자 디바이스처럼 이상화(idealized)된다. 오늘날의 많은 하이브리드 자동차에서, 에너지 스토리지 시스템(26)의 주요한(또는 아마 유일한) 구성 요소는 전기화학 배터리(electrochemical battery)(22)이다. 회생 제동을 통해 발생된 에너지 및 에너지 스토리지 시스템(26)에 저장된 에너지는 나중에 모터 제네레이터(24)에 파워를 공급하기 위해 내연 기관 및 알터네이터(23)의 에너지 대신 사용되거나 또는 내연 기관 및 알터네이터(23)의 에너지와 함께 사용될 수 있다.

단지 내연 기관만을 이용하는 종래의 자동차에 비하여, 하이브리드 자동차(21)는 부분적으로는 회생 제동의 사용으로 인한 개선된 연비(fuel economy)를 제공한다. 물론, 개선된 연비는 매우 큰 전기화학 배터리(22)의 후처리 비용 또는 재활용 비용뿐만 아니라 상당한 제조 비용의 대가로 얻어진다. 놀랍게도, 비록 하이브리드 자동차(21)가 매우 무거운 전기화학 배터리(22)를 이리저리 옮겨야 하는 부담을 가지고 있을지라도, 하이브리드 자동차(21)는 그럼에도 불구하고 위에 언급된 개선된 연비를 누린다.

비록 일상 속에서 하이브리드 자동차들이 여전히 상대적으로 새로운 것이라 할지라도, 이미 배터리 수명이 매우 중요하다는 것이 인식되기 시작하였다. 만일 몇몇 발명이 더 나은 배터리 수명의 가능성을 제안할 수 있다면, 이것은 적어도 세 가지 이유 때문에 매우 좋은 소식이 될 것이다. 우선 첫 번째로, 앞에서 말한 전기화학 배터리의 상당한 제조 비용은 더 긴 서비스 수명에 걸쳐 분산될 수 있고, 두 번째로, 전기화학 배터리의 후처리 비용 또는 재활용 비용은 연기될 수 있으며, 세 번째로, 배터리 교체 동안의 관련 서비스의 중단 또는 배터리 부족에 따른 사용자의 불편은 줄어들거나 연기될 수 있다.

위에 언급된 것처럼, 도 1은 단순화된 도면이다. 예를 들어, 도 1은 네 바퀴에 대한 두 개의 차동 기어(differentials) 및 트랜스퍼 케이스(transfer case)에 의해 연결된 하나의 모터 제네레이터(24)를 나타낸다. 그러나, 다른 방법으로 각각의 바퀴에 기계적으로 각각 결합된, 네 개의 모터 제네레이터를 이용할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

하이브리드 자동차(21)는, 도 1에서 명확성을 위해 생략되었지만 종래의 자동차에서 액셀레이터 페달 또는 제동 페달과 동일한 결과를 가져오기에 중요한 다른 제어 전자기기(control electronics) 및 스위치들을 가지고 있음이 또한 이해될 것이다. 또한, 전기화학 배터리(22) 외부에 합선이 발생할 경우 파워를 차단하기 위해 퓨즈 또는 가용성의 링크(fusible link)가 라인상으로 전기화학 배터리(22)에 연결되어 있다. 과열 상태가 사라질 때까지 전기화학 배터리(22)를 디레이팅(derating)하려는 수단으로 전기화학 배터리(22) 안에 하나 이상의 온도 센서가 있을 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 것과 같은 일반적인 에너지 스토리지 시스템(26)을 상세하게 도시한 도면이다. 전기화학 배터리(22)는 직렬로 연결된 다수의 전기화학 셀(27)들을 포함한다. (비록 도 2에는 도시되어있지 않을지라도, 직-병렬의 배치 또한 이용될 수 있음이 이해될 것이다.)

전기화학 배터리(22)는 화학 반응을 통해 에너지를 저장하고 방출하는 전기화학적 디바이스이다. 위 화학 반응은 즉시 일어날 수 없고, 다소의 시간이 걸릴 수 있다. 위 화학 반응은 또한 열을 발생시킬 수 있다. 이것은 전기화학 배터리가 저장된 에너지의 전부 또는 일부를 곧바로 전달할 수 없고, 에너지를 전달하는데 다소의 시간이 걸린다는 것을 의미한다. 이것은 또한 만일 에너지가 외부로부터 에너지 스토리지 시스템으로 유입되는 경우(예를 들어, 회생 제동으로 인하여), 그 에너지는 곧바로 전기화학 배터리에 저장될 수 없고, 다소의 시간이 걸릴 수 있음을 의미한다. 전기화학 배터리로부터 매우 빠르게 많은 양의 에너지를 끌어내기 위한 노력은 몇몇 문제점을 일으키는 열을 유발할 수 있다. 첫 번째로, 열은 몇몇 좋은 용도에 이용될 수 있었던 에너지의 낭비를 나타내고, 두 번째로, 열은 전기화학 배터리로부터 열을 방출하기 위한 메커니즘의 설계가 필요하다는 것은 나타내며, 세 번째로, 열은 서비스 수명을 단축시킬 수 있고, 고장의 위험을 증가시킬 수 있기 때문이다.

주어진 배터리 화학(battery chemistry)의 선택 가능성, 그리고 주어진 구체화된 배터리 디자인 때문에, 경험은 배터리가 단지 그 서비스 수명 내에서 제한된 이용가능한 충전-방전 사이클 횟수를 가진다는 것을 보여준다. (위에 언급된 것처럼, 과열 또는 과도하게 높은 전류 드레인(current drains) 또는 충전 전류와 같은 동작상의 익스트림(extremes)은 이용할 수 있었던 충전-방전 사이클의 횟수로부터 이용 가능한 충전-방전 사이클의 횟수를 감소시킬 수 있다.)

최근에, 이러한 요인들 및 다른 요인들은 시스템 설계자들로 하여금 전기화학 배터리에 병렬로 울트라커패시터를 넣도록 유도하고 있다. 예를 들어, 도 3은 전기화학 배터리(22)와 병렬로 연결된 울트라커패시터(28)(많은 수의 각각의 울트라커패시터(29)가 직렬로 연결되어 구성됨)로 구성된 에너지 스토리지 시스템(26)을 도시한 도면이다. 이러한 방법은 단지 전기화학 배터리(22)만 사용할 때(도 2에서처럼)보다 많은 이익들을 제공한다. 울트라커패시터는 에너지를 매우 빨리 받아들일 수 있고(예를 들어, 회생 제동으로부터), 이는 배터리가 받을 수 있는 것보다 훨씬 빠르다. 에너지가 로드에 전달되어야 할 때(예를 들어, 빠른 가속을 위해), 울트라커패시터는 로드에 매우 빠르게 에너지를 공급할 수 있고, 이는 배터리가 공급할 수 있는 것보다 더 빠르다.

위에 언급된 것처럼, 경험은 울트라커패시터와 배터리의 결합이 배터리 단독으로 동작할 때보다 많은 경우에 있어 훨씬 더 잘 동작함을 보여준다. 이것은 울트라커패시터 및 배터리에 대한 최적의 사이즈 비율이 있는지에 대해 알아보기 위해 연구원들로 하여금 더 크거나 또는 더 작은 크기의 울트라커패시터를 이용해보도록 유도하고 있다. 또한, 이것은 연구원들로 하여금 울트라커패시터, 배터리 및 로드의 더 복잡한 연결이, 도 3에서처럼 간단하게 연결되었을 때보다 더 나은 결과로 이어질 수 있는지 여부를 고려하도록 유도하고 있다.

하나의 방법은 울트라커패시터 및 배터리에 연결된 "파워 컨버터(power converter)"를 이용하는 것이다. 일반적인 실시예에서, 파워 컨버터는 원하는 전류 흐름을 나타내는 제어 라인에 의해 지시된 것에 따라 전류가 두 방향 중 어느 한 방향으로 흐르도록 할 수 있다. 예를 들어, 그러한 파워 컨버터는 각 방향을 가리키는 곳에 두 개의 벅 컨버터(buck converter) 및 각 방향을 가리키는 곳에 두 개의 부스트 컨버터(boost converter)를 포함할 수 있고, 원하는 전류 흐름을 발생시키기 위해 요구되는 듀티 사이클(duty cycle)이 무엇이든지 위 네 개의 컨버터 중 하나(다른 세 개의 컨버터를 제외하고)의 컨버터를 동작시키는 제어 전자기기도 포함할 수 있다. 널(null) 상태(제어 신호가 적용되지 않은 상태)에서, 파워 컨버터는 바람직하게는 가능한 한 스트레이트 와이어(straight wire)에 가까울 것이다.

도 4는 핀(30)과 핀(31)의 이단자 디바이스(two-terminal device)로서 로드 쪽에 나타나는 에너지 스토리지 시스템(34)을 도시한 도면이다. 배터리(20)와 함께 울트라커패시터(28)가 도시되어 있다. 중요한 점은, 도 4의 에너지 스토리지 시스템 내에 핀(35)와 핀(36)의 이단자 디바이스로서 에너지 스토리지 시스템 쪽에 나타나는 파워 컨버터(32)가 존재한다는 점이다. 제어 라인(33)은 파워 컨버터(32)에 제어 신호를 전달한다.

도 5는 도 4의 에너지 스토리지 시스템의 대체 가능한 에너지 스토리지 시스템(34)을 도시한 도면이다. 도 5에서 에너지 스토리지 시스템(34)은 다시 한번 핀(30)과 핀(31)의 이단자 디바이스로서 로드 쪽에 나타난다. 또 다시, 배터리(20)와 울트라커패시터(28)가 함께 도시되어 있다. 도 5의 에너지 스토리지 시스템에서 중요한 것은, 파워 컨버터(32)가 울트라커패시터(28)와 직렬로 연결되지 않고 대신 배터리(20)와 직렬로 연결된다는 점이다. 제어 라인(33)은 다시 파워 컨버터(32)에 제어 신호를 전달한다.

잠시 미리 도 10을 살펴보면, 도 4의 에너지 스토리지 시스템(34)의 더욱 상세화된 묘사를 볼 수 있다. 단자들(30, 31)은 에너지 스토리지 시스템(34) 외부의 파워 소스(power sources) 및/또는 로드와 연결되어 있다. 배터리(22)는 전류 센서(49)를 통해 단자들(30, 31)에 연결되고, 배터리(22)의 전압은 전압 센서(57)에 의해 측정된다. 바람직하게는 울트라커패시터인 커패시터(28)가 제공된다. 파워 컨버터(32)는 전류 구동 라인(33)의 제어 아래, 배터리(22)로부터 커패시터(28)까지 또는 커패시터(28)로부터 배터리(22)까지 제어된 파워를 흐르게(또는 전혀 흐르지 않게) 한다. 전압 센서(47)는 커패시터(28) 사이의 전압을 감지하고, 전류 센서(45)는 커패시터(28)의 유, 출입 전류를 감지한다. 전류 센서(53)는 배터리(22)의 유, 출입 전류를 감지한다. 온도 센서(43, 51)는 각각 커패시터(28)과 배터리(22)의 내부 온도를 감지한다. 센스 라인(sense line)(44, 46, 48, 52, 54, 50, 58)은 바로 전에 설명된 센서들로부터 정보를 에너지 관리 시스템 컨트롤러(55)에 제공한다. 에너지 관리 시스템 컨트롤러(55)는 전류 구동 라인(33)으로 전류 구동 신호를 제공한다. 에너지 관리 시스템 컨트롤러(55)는 아키텍쳐(34)의 외부 회로와 결합될 수 있는 양방향성의 제어/데이터 버스(56)를 가지고 있다. 도 10에서 명확성을 위해 생략된 다른 신호들은 에너지 스토리지 시스템 내 주위 온도를 감지하는 센서로부터의 신호 및 파워 컨버터로부터의 "상태(status)" 신호를 포함할 수 있다.

도 10에서 에너지 관리 시스템(energy management system, EMS) 컨트롤러(55)는 울트라커패시터의 온도, 각각의 라인(44, 46, 48)에서의 전류 및 전압, 배터리 온도, 각각의 라인(52, 54, 56)에서의 전류 및 전압, 및 라인(58)에서 로드의 유, 출입 전류를 모니터(monitor)한다. 에너지 관리 시스템 컨트롤러(55)는 CAN 또는 다른 통신 채널(56)로부터의 제어 입력을 가지고 있고, 동일한 통신 채널(56)로 답신하며, 라인(33)에 파워 컨버터 전류 커맨드(power converter current command)를 생성한다.

이제 도 6으로 돌아오면, 도 6에는 드라이브 트레인(25)과 차례차례 기계적으로 결합된 모터 제네레이터(24)에 연결된 에너지 스토리지 시스템(34)(도 4로부터 볼 수 있는)이 있는 실시예가 도시되어 있다.

에너지 스토리지 시스템(34)의 성능을 최적화하기 위해 도 10 및 도 4에 도시된 것과 같은 컨트롤러를 이용하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 그러한 컨트롤러는 77%의 용량(capacity) 레벨을 향하여 울트라커패시터에 전하를 주입하게 하는 작용력(efforts)과 같은 세트 포인트(set-point)를 가질 수 있다. 그러나, 일반적인 실제의 드라이브 트레인 및 실제의 로드 환경에서, 울트라커패시터(28)의 이익을 제공하기 위한 울트라커패시터(28)의 능력은 커패시터가 거의 0으로 소모(아마 로드쪽으로 부스트 모드(boost mode)인 파워 컨버터로 인해 커패시터가 로드에 파워를 공급하도록 요청받았을 때)됨에 따라 빠르게 감소된다는 것이 밝혀졌다. 또한, 울트라커패시터(28)가 거의 완전히 충전된 상태(full)일 때, 만약 울트라커패시터가 회생 제동으로부터 많은 에너지를 흡수할 필요가 있다면, 그 때의 울트라커패시터(28)의 이익은 빠르게 사라질 것이다.

만일 에너지 스토리지 시스템의 더욱 정교하고 더 나은 제어를 가능하게 하는 방법이 발견될 수 있다면, 이는 바람직한 일일 것이다. 예를 들어, 만일 컨트롤러가 좀더 지능적으로 구성될 수 있다면, 이는 에너지 스토리지 시스템의 바라던 개선된 제어 성능을 가져올 것이다. 그러한 방법은 더 나은 배터리 수명을 제공할 수 있고, 열에 의한 손실을 줄일 수 있으며, 설계자가 더 작은 울트커패시터 및 배터리로 구현할 수 있게 하고, 또한 설계자가 더 작은 배터리로 구현할 수 있게 한다.

배터리와 울트라커패시터를 포함하는 에너지 스토리지 시스템에서, 커패시터의 잔존용량(state of charge, SOC)은 동적인 세트 포인트의 대상(subject)이다. 이 동적인 세트 포인트의 제어는, 예를 들어 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차와 같은 어느 노출된 에너지 스토리지 시스템에 대한 로드 레이짐(load regime)의 함수이다. 세트 포인트의 제어는, 제어 계수의 실시간 조절을 허용하는 로드 전류의 실시간(real-time) 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT) 분석에 부분적으로 기초할 수 있다. 위 방법으로 예를 들어, 회생 제동으로부터 고전류를 흡수할 수 있도록 하는 것이 요구될 때, 완전히 충전되는 커패시터의 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 이용 가능한 부스트 파워(boost power)를 갖는 것이 요구될 때, 거의 방전되는 커패시터의 발생을 최소화하는 것이 가능하다. 결과는, 상대적으로 작은 울트라커패시터(아마 배터리의 에너지 스토리지 용량(capacity)의 1/100, 2/100 용량을 가지고 있는) 조차 배터리에서 방출되는 쓸데없는 열을 크게 감소시킬 수 있고, 배터리의 안과 밖으로의 다른 불필요한 전류 순환(cycling)을 감소시킬 수 있다. 이것은 배터리의 수명과 배터리의 성능을 개선시킬 수 있다.

본 발명은 아래 도면과 관련하여 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 에너지 스토리지 시스템 및 내연 기관을 가진 종래 기술의 하이브리드 자동차를 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 에너지 스토리지 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 배터리 및 울트라커패시터를 가진 에너지 스토리지 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 울트라커패시터 및 배터리를 가진 에너지 스토리지 시스템에 대한 첫 번째 토폴로지를 도시한 기능적 블록 다이어그램이다.
도 5는 울트라커패시터 및 배터리를 가진 에너지 스토리지 시스템에 대한 두 번째 토폴로지를 도시한 기능적 블록 다이어그램이다.
도 6은 모터 제네레이터 및 드라이브 트레인에 연결된, 배터리와 울트라커패시터를 가진 도 4에서와 같은 에너지 스토리지 시스템에 대한 첫 번째 토폴로지를 도시한 기능적 블록 다이어그램이다.
도 7은 모터 제네레이터 쪽으로의 파워 흐름을 가지는 도 6에서의 에너지 스토리지 시스템을 도시한 도면이다.
도 8은 모터 제네레이터로부터 에너지 스토리지 시스템 쪽으로의 파워 흐름을 가지는 도 6에서의 에너지 스토리지 시스템을 도시한 도면이다.
도 9는 울트라커패시터와 배터리 사이에서 한 방향 또는 다른 방향으로 이동하는 파워를 가지는 도 6에서의 에너지 스토리지 시스템을 도시한 도면이다.
도 10은 도 4에서의 에너지 스토리지 시스템을 상세화한 도면이다.
도 11은 파워 컨버터를 상세화한 도면이다.
도 12는 컨트롤러를 상세화한 도면이다.
도 13은 기능적 블록 다이어그램으로 몇몇 센서들을 도시한 도면이다.
동일한 구성 요소는 가능한 동일한 참조 번호로 나타내었다.

본 발명의 더욱 충실한 이해를 위해, 도 6의 자동차의 작동(operation)에서 일어날 수 있는 몇몇 전류 흐름을 설명하는 것이 도움이 된다.

과중한 로드 발생 시(예를 들어, 만일 자동차가 언덕을 올라가고 있는 중이든지, 오퍼레이터(operator)가 가속 페달을 밟고 있는 중이든지, 또는 두 경우 모두에), 도 7에 도시된 것처럼, 모터 제네레이터(24)는 배터리(20)로부터 전류(36)를 끌어올 수 있고, 또한 울트라커패시터(28)로부터 전류(37)를 끌어올 수 있다. 물론, 키르히호프 법칙은 만족되므로 단자(30)(또한 단자(31))을 통해 흐르는 전류는 위에 언급된 두 전류의 합이 될 것이다.

대조적으로, 도 8은 모터 제네레이터로부터 에너지 스토리지 시스템으로 흐르는 전류를 가진 도 6에서의 에너지 스토리지 시스템을 나타낸다. 예를 들어, 자동차의 오퍼레이터는 브레이크를 강하게 밟고 있는 중일 수 있고, 이는 모터 제네레이터(24)를 발전기가 되게 하며, 회생 제동을 일으킨다. 그러한 경우에, 울트라커패시터(28)로 흐르는 전류(41)와 배터리(20)로 흐르는 전류(40)가 있을 수 있다. 바로 전의 도 7에서처럼, 키르히호프 법칙은 만족될 것이므로, 단자(30)(또한 단자 (31))을 통해 흐르는 전류는 위에 언급된 두 전류의 합이 될 것이다.

도 9는 모터 제네레이터(24)에서 로드를 통해 흐르는 전류가 거의 없거나 또는 전혀 없을 때, 울트라커패시터와 배터리 사이에서 한 방향 또는 다른 방향으로 이동하는 전류(42)를 가지는 도 6에서의 에너지 스토리지 시스템을 도시한 도면이다.

위에 언급된 것처럼, 적어도 하나의 종래 시스템에서, 파워 컨버터에 대한 제어 신호는 울트라커패시터(28)에 77%의 잔존용량(state of charge, SOC)을 유지하려고 한다. 즉, 제어 신호는 77% 레벨로부터 벗어난 후에, 잔존용량을 77%로 되돌려 놓으려고 한다. 그러한 종래 시스템에서는, 커패시터가 다른 레벨에 있는 잔존용량을 더 잘 가질 수 있었다면, 커패시터가 완전히 방전되거나 완전히 충전되는 일이 쉽게 일어날 수 있다.

예를 들어, 커패시터가 완전히 충전되었을 때, 모터 제네레이터로부터 되돌려보내진 더 이상의 전류는 배터리(20)를 제외하고는 갈 곳이 없을 것이다. 그 전류는 배터리에 대한 정상적인 최적의 전하 흐름을 초과할 수 있고, 따라서 이는 커패시터 또는 배터리 중 어느 하나에 의해 받아들여질 수 없는 전류(또는 그 일부)를 흡수 또는 방출시킬 수 있는 에너지 스토리지 시스템의 모든 부분에서 에너지 낭비 또는 배터리 열을 일으킬 수 있다.

예를 들어, 커패시터가 방전되어 갈 때, 모터 제네레이터에 대한 고파워(high power)의 전달은, 고파워의 전달이 요구되는 범위까지 커패시터에 의해 이루어질 수 없을 것이고, 배터리에 의해 전달될 지 모르는 파워는 배터리가 파워를 전달하는 능력에 제한될 것이다. 예를 들어, 몇 개의 내부 저항을 가진 배터리를 모델링하는 경우, 그 배터리로부터 매우 높은 레벨의 파워를 끌어오기 위한 시도는 배터리 열을 일으킨다는 것이 예상될 것이다. 그러한 열은 에너지를 낭비시키고, 배터리 수명을 단축시키는 위험이 있다.

본 발명에 따르면, 에너지 스토리지 시스템(34)에 대한 컨트롤러는 도 7 및 도 8에 도시된 것과 같은 전류로 도 9의 전류의 중첩(superposition)을 일으킬 수 있다. 상세한 설명에서 설명될 것처럼, 커패시터가 모터 제네레이터(24)에 전달된 파워를 부스트(boost)할 수 있는 것이 도움이 될 수 있을 때, 위 전류의 중첩은 거의 방전되어가는 울트라커패시터(28)의 불행한 결과를 최소화(또는 심지어 완전히 제거)할 수 있다. 유사하게, 커패시터가 모터 제네레이터(24)로부터 전달된 파워를 저장할 수 있는 것이 도움이 될 수 있을 때, 위 전류의 중첩은 거의 완전히 충전되어가는 울트라커패시터(28)의 불행한 결과를 최소화(또는 심지어 완전히 제거)할 수 있다.

그 다음에, 본 발명의 일실시예에서는 동적인 세트 포인트의 제어라 지칭한 용어를 제공한다. 이것은 울트라커패시터의 잔존용량에서 혁신으로 여겨지는 것으로, 잔존용량은 처음의 설정(setting)을 찾아내기 위해 능동적으로 조절된다. 예를 들어, 위에 언급된 것처럼, 예상되는 자동차 타입 및 예상되는 구동 사이클(drive cycle)에 따라 일반적인 울트라커패시터의 잔존용량의 세트 포인트는 표면상(nominally) 77%이다. 동적인 잔존용량 세트 포인트 레귤레이터(dynamic SOC set-point regulator)는 울트라커패시터 팩(ultracapacitor pack)의 잔존용량을 연속적으로 계산하고, 어느 특정 순간에서 모드에 관계없이 DC-DC 컨버터 컨트롤 루프(dc-dc converter control loops)의 피드백 게인(feedback gains)을 스케쥴링하기 위해 울트라커패시터 팩의 잔존용량을 이용하는 것에 의해 그 기능을 수행한다. 이것은 아래에서 좀더 상세하게 설명될 것이다.

본 발명의 관련 측면은 컨버터가 단지 일반적인 구성(average components)에 반응하기 보다는, 주로 하이브리드 자동차 경로(road) 로드(load)의 다이내믹스(dynamics)에 반응하도록 할 수 있는 DC-DC 컨버터 피드백 신호의 구별(discrimination) 및 높은 레벨의 에너지 관리 조절이다. 본 발명의 위 측면에 따라 배터리 브런치(battery branch)(배터리(20)의 주변 회로)는 방전(charge depleting) 모드 또는 CD 모드로 알려진, 계속적인 잔존용량의 소모를 경험할 것이다. 방전 모드에서 전기 자동차 에너지 배터리는 계속적이고 낮은 레벨의 전하 유출을 경험한다.

일실시예에서, 배터리(20)는 150Ah, 75V의 용량(capacity)을 가지고, 약 11kWh를 공급하는 VRLA 배터리, 연축전지(lead-acid)일 수 있다. 하지만, 본 발명의 내용은 니켈-메탈 수소 전지(nickel-metal-hydride), 리튬 이온 전지(lithium-ion) 또는 연료 전지(fuel cells)를 포함하는 어느 에너지 스토리지 시스템에라도 적용할 수 있다.

방전 모드에 따라 부가된 고파워 다이내믹스는 울트라커패시터와 컨버터 브랜치(converter branch)에 능동적으로 평행하게 전송된다. 한편으로는 방전 모드에 대한 배터리와 다른 한편으로는 전하 유지(즉, 동적인 세트 포인트 제어) CS 모드(charge sustaining CS mode)에 대한 울트라커패시터 사이의 경로 로드 파워(road load power)의 분할은 에너지 관리 전략의 민감한 부분이다.

시뮬레이션을 통해 밝혀진 일례에서, 저속 전기차(neighborhood type electric vehicle, NEV)는 단지 54 Wh 가용 용량의 울트라커패시터와 11 kWh 용량의 배터리를 가지고 있다. 이는 약 204 대 1의 에너지비(energy ratio)이다. 그 시뮬레이션에서의 결과는 배터리로부터 상당히 많은 열 로드(heating load)가 제거되었다는 점에서 매우 극적이다. 이 시뮬레이션에서, 이득 스케쥴러(gain scheduler)는 (배터리가 회생 제동 에너지를 흡수하도록 하기 보다는) 사실상 100%의 회생 제동 에너지를 울트라커패시터에 캡쳐했다. 이 시뮬레이션에서, 울트라커패시터는 대략 50-50 비율로 배터리에 차례차례 부스팅(boosting)을 전달했다. (즉, 로드에 의해 흡수된 에너지의 50%만큼을 공급함)

이 비율은 (예를 들어) 리튬-이온 팩 에너지 스토리지 용량 및 시스템 파워 능력을 위해 설계된 용량에 비하여 상대적인 울트라커패시터 에너지 스토리지 용량에 의존한다는 것이 이해될 것이다.

하이 레벨 경로 로드 파워 신호의 구별(high-level road load power signal discrimination)을 위한 출발 전략은 경로 로드 파워의 측정(road load power measurements)으로부터 주파수 구성을 추출하기 위해 오프라인 푸리에 변환 방법을 이용하는 것이다. 푸리에 변환한 결과는 메인 피드백 필터(main feedback filter) GI(s)의 계수를 설정하는데 이용될 수 있다.

그러나, GI(s) 계수를 조절하기 위해 단지 오프라인 푸리에 방법(offline Fourier technique)을 시작하고, 그 다음에 실시간 측정(real-time measurements)을 수행하는 것이 바람직하다고 여겨진다. 바람직하게는, 컨트롤러(55)는 애플리케이션 일렉트릭 드라이브(application electric drive)의 감지된 로드 전류에 고속 푸리에 변환을 수행하여 제어 계수를 전개하는 온라인(online) 또는 임베디드(embedded) 컨트롤러일 수 있다. 예를 들어, 도 10에서 컨트롤러(55)는 일정 시간 간격 동안 감지된 전류에 수행된 고속 푸리에 변환으로 라인(50)을 통해 전류 센서(49)에서 로드 전류를 감지할 수 있다.

비록 다양한 특정의 제어 방법들이 여기서 구한 결과를 가져오기 위해 이용될 수 있지만, 효과적이라고 생각되는 하나의 방법은 간단히 (고속 푸리에 변환의 결과로부터) 가장 낮은 세 개 내지 다섯 개의 주파수들을 평균하는 것 및 이 값으로부터 타입에 따라 필터 계수를 설정하는 것이다.

위에 언급된 것처럼, 에너지 스토리지 시스템의 구성에서 유연성(flexibility)을 위한 영역 중 하나는 값을 정의하는 세트 포인트의 동적인 조절로서, 잔존용량은 모니터된(monitored) 로드 전류의 함수로서 세트 포인트를 향하여 구동된다. 만일 에너지 스토리지 시스템이 자동차 내부에 있고, 자동차의 오퍼레이터가 (예를 들어) 브레이크를 꽤 자주 그리고 갑자기 밟는 경향이 있다면, 회생 제동으로부터 전류를 흡수하기 위해 울트라커패시터에 일부 용량을 남겨두도록 세트 포인트를 아래쪽으로 조절하는 것이 이해될 수 있다. 이 귀납적인 방법은 에너지 스토리지 시스템이 관련된 특정 오퍼레이터의 함수로서 에너지 스토리지 시스템의 있을 법한 요구(likely needs)에 대해 학습하게 하려는 의도를 가지고 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 그러한 귀납적인 방법이 뒤따를 때, 에너지 스토리지 시스템의 오퍼레이터의 변화를 나타내는 감지될 수 있는 이벤트가 있을 수 있다. 예를 들어, 만일 에너지 스토리지 시스템이 조절 가능한 포지션을 가진 의자가 구비된 자동차의 일부분이라면, 감지된 이벤트는 의자 포지션의 조절을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 만일 에너지 스토리지 시스템이 조절 가능한 포지션을 가진 거울이 달린 자동차의 일부분이라면, 감지된 이벤트는 거울 포지션의 조절을 포함할 수 있다.

잠시 도 13을 미리 살펴보면, 거울 조절 시스템(201) 및 의자 조절 시스템(202)으로부터 입력을 수신하는 컨트롤러(55)가 도시되어 있다.

이제 도 10으로 되돌아 가면, 울트라커패시터(28)는 라인(46), 라인(48)에 의해 모니터된(전류 센서(45)에서 감지된) 전류 Ic 및 (전압 센서(47)에서 감지된) 울트라커패시터의 전압 Uc를 가지고 DC-DC 컨버터(32)의 한 단자에 연결되어 있다. 울트라커패시터의 전압, 팩 정격전압(pack rated voltage), 및 울트라커패시터 사이의 최대 허용 전압(the maximum permitted voltage across the ultracapacitor, Umx)은 울트라커패시터의 잔존용량을 결정하기 위해 울트라커패시터 잔존용량 계산부(SOCuc calculator)에 의해 이용된다. 잔존용량이 주어졌을 때, 주어진 잔존용량으로부터 로드 전류 레귤레이터(load current regulator)의 게인 스케쥴링(gain scheduling)은 동적인 세트 포인트의 제어에 의해 수행된다. 배터리 전류는 (전류 센서(53)에서) 모니터되고, 또한 배터리 전류는 참고를 위한 배터리 잔존용량을 도출하는데 이용된다. 상태-공간 평균화 모델링(state-space averaged modeling)을 이용하는 컨버터(32)의 모델링은 측정된 신호들 및 예를 들어, 전류 센서(49)에서의 감지된 로드 전류에 의존한다. 예를 들어, 일부 자동차에서 모터 제네레이터(24)는 AC 모터이고, 따라서 파워 컨버터(위에 언급된 기능적 블록 다이어그램에서 명확성을 위해 생략됨)는 인버터와 AC 견인 모터(AC traction motor)로 구성된 AC 구동부(AC drive unit)의 일부로서 이용된다.

본 발명의 많은 내용은, 도 1에서와 같은 에너지 스토리지 시스템(22)뿐만 아니라 내연 기관을 사용하는 예시적인 하이브리드 자동차와 관련되어 상세하게 기재되었다. 하지만, 본 발명의 거의 모든 내용은 전기 자동차(내연 기관을 가지지 않고, 대신 가끔씩 배터리의 충전에 의존하는 자동차)에서도 그 이점을 제공할 것으로 이해될 것이다. 그러한 전기 자동차에도 위에 기재한 요구는 동일하게 나타난다. (배터리의 쓸데없는 열 낭비를 피하는 것, 부스트 파워가 필요할 때 울트라커패시터의 방전을 막으려고 하는 것, 회생 제동으로 인한 파워를 흡수하는 것이 요구될 때 울트라커패시터의 잔존용량이 100%에 도달하는 것을 막으려고 하는 것)

파워 컨버터를 살펴보면, 파워 컨버터의 정확한 디자인은 중요하지 않다라는 것을 고려하는 것이 도움이 된다. 일반적으로, 파워 컨버터는 쓸데없는 열을 방출하지 않기 위해, 가능한 한 효율성을 가지는 것이 바람직하다. 설명된 두 개의 벅 컨버터 및 두 개의 부스트 컨버터에 의해 제공되는 것이 적절한 방법이라고 여겨지는데 불구하고, 위에 설명된 것과 다른 많은 파워 컨버터 디자인은 여기에 기재된 목적에 부합할 것이다.

이제 도 11로 돌아오면, 파워 컨버터(32)가 상세하게 도시되어 있다. 파워 컨버터(32)는 기본적으로 3단자 디바이스(제어 라인(control line)(33) 및 도 11에서 명확성을 위해 마지막에 생략된 상태 라인(status line)(76)은 고려하지 않음)이다. 첫 번째 단자는, 울트라커패시터(28)와 연결되어 있고, 두 번째 단자는, 배터리(22)와 연결되어 있으며, 세 번째 단자는, 그라운드(ground)이다. 좀더 상세하게 설명하면, 컨버터(32) 내부는 반파 부스트-벅 양방향 회로(half-wave boost-buck bidirectional circuit)이다. 스위치(154, 158)는 도 10과 관련하여 위에 언급된 것과 같은 제어 라인(33)을 통해 커맨드를 전달받는 제어 장치(control)(151)에 의해 제어된다. 스위치(154, 158)는 각각 정류기(rectifier)(155, 156) 옆에 병렬로 연결되어 있다. 인덕터(153) 및 커패시터(152, 157) 또한 나타나 있다.

전파 부스트-벅 컨버터(full-wave boost-buck converter), Ciik 컨버터, 또는 SEPIC/Luo 컨버터와 같은 다른 양방향성 파워 컨버터 토폴로지들이 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 특정 컨버터 토폴로지의 선택에 영향을 줄 수 있는 몇몇 요소들은 참조로 여기에 포함된 "하이브리드 전기 자동차에서 파워 관리를 위한 DC-DC 컨버터 비교(Comparing DC-DC Converters for Power Management in Hybrid Electric Vehicles)"(R.M. Schupbach, J.C. Balda, Electric Machines and Drives Conference, 2003, IEEE International, Volume 3, pages 1369-1374 (2003))에서 논의된다. 여러 적합한 토폴로지들은 본 발명에서 벗어남 없이 이용될 수 있다.

도 12는 컨트롤러(55)를 상세화한 도면이다. 마이크로프로세서(167)는 ROM 또는 PROM 또는 RPROM(170) 안에 저장된 코드를 실행하고, RAM(171)을 이용한다. 커뮤니케이션 버스 인터페이스(communications bus interface)(172)는 마이크로프로세서(167)가 버스(56)(도 10을 참조)를 통해 통신할 수 있도록 한다. (162) 및 파워 서플라이(power supply)(168)에서 공급된 파워(일반적으로 12VDC)는 컨트롤러(55)의 다양한 위치에서 이용되는 전압(169)을 발생시킨다. 디지털 I/O(174)는 마이크로프로세서(167)가 파워 컨버터(32)로부터 라인(76)을 통해 상태 정보를 수신하도록 하며, 마이크로프로세서(167)가 예를 들어, 과전압, 과전류, 또는 과열 상황의 보고(annunciation), 또는 오류 상황(fault condition)과 같은 디스크리트 출력(discrete outputs)(175)을 사용자가 볼 수 있는 인디케이터 패널(indicator panel) 상에 제공하도록 할 수 있다. 주요한 제어 출력은 접촉기(contractor)(75)로의 출력(출력 드라이버(172)를 경유함) 및 일반적으로 진폭 변조기(pulse-width-modulated, PWM)인 드라이버(173)에 의한 파워 컨버터(32)로의 출력(33)이다.

컨트롤러(55)로의 입력은, 예를 들어 라인(46)에서 울트라커패시터의 전류, 라인(54)에서 배터리의 전류, 외부 전류(50), 라인(48)에서 울트라커패시터의 전압, 및 라인(58)에서 배터리의 전압이 있다. 본래 각각 아날로그인 이 신호들은 멀티플렉서(multiplexer, MUX)(163)에서 멀티플렉싱되고, 마이크로프로세서(167)까지 아날로그 디지털 컨버터(analog-to-digital converter, ADC)(165)가 이용 가능하도록 된다. 전류 측정은 본 발명에서 벗어남이 없이 예를 들어, 전류가 흐르는 컨덕터 주위의 토로이드(toroid), 또는 리프 션트(leaf-shunt), 또는 홀 효과(Hall-effect) 센서를 이용한 많은 방법에 의해 이루어질 수 있다. 전압 측정은 본 발명에서 벗어남이 없이 많은 방법에 의해 이루어질 수 있다.

컨트롤러에 대한 다른 입력들은 라인(161)에서 주위 온도 측정뿐만 아니라 라인(44)에서 울트라커패시터의 온도 측정 및 라인(52)에서 배터리의 온도 측정을 포함한다. 이 온도 측정은 본 발명에서 벗어남이 없이 예를 들어, 저항 온도계(resistance temperature detectors, RTDs) 또는 열전대(thermocouples) 또는 다른 방법들을 통하여 수행될 수 있다. 각각의 신호는 사용된 센서(명확성을 위해 도 12에서 생략됨)의 타입에 따라 적절한 아날로그 처리 회로로 이동되고, 그 후, 멀티플렉서(MUX)(164)로 이동되며, 그 뒤, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)(166)로 이동되고, 그 다음에, 마이크로프로세서(167)로 이동된다.

컨트롤러의 정전기 방전에 대한 민감함을 제거하기 위해 적절한 정전기 방전 보호 회로(ESD(electrostatic discharge) protective circuitry)가 각 입력 또는 출력이 위치한 곳에 제공된다. 컨트롤러로부터 근처 다른 디바이스들로의 전자파(EMI)의 전파를 최소화하기 위해 적절한 전자파 간섭 회로(EMI(electromagnetic interference) circuitry)가 제공된다. 정전기 방전 보호 회로 및 전자파 간섭 회로는 명확성을 위해 도 12에서 생략되었다.

비록 도 4의 토폴로지가 바람직한 것으로 생각된다 할지라도, 도 5의 토폴로지가 대신 이용된다면 전부 그런 것은 아니지만 많은 경우에 있어, 여기 기재된 모든 목적들이 거의 모두 이루어질 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다.

여기에 기재된 내용으로부터 통찰력을 얻거나 영감을 얻은 해당 기술분야에서의 기술자는 본 발명을 벗어남이 없이 본 발명의 무수히 많은 명백한 개선사항들 및 다양한 변형을 고안해 내는데 어려움이 없을 것이다. 그러한 모든 명백한 개선사항들 및 다양한 변형들은 아래의 청구항에 의해 포함된다.

Claims

울트라커패시터(ultracapacitor)의 잔존용량(state-of-charge, SOC)을 모니터하는 단계; 및
세트 포인트를 동적으로 설정하는 단계 - 상기 잔존용량은 상기 세트 포인트를 향하여 구동됨 -
를 포함하고,
상기 동적인 세트 포인트는 에너지 스토리지 시스템과 로드 사이의 전류로 정의되는 감지된 로드 전류의 함수로서 때때로 위, 아래로 조절되고,
상기 로드는 때로는 상기 에너지 스토리지 시스템으로부터 파워를 끌어오고, 다른 때에는 상기 에너지 스토리지 시스템 안에 저장된 파워를 재생(regenerating)하며,
상기 끌어오는 파워는 때로는 더 크고, 때로는 더 적으며,
상기 재생된 파워는 때로는 더 크고, 때로는 더 적으며,
스토리지 배터리(storage battery)와 상기 울트라커패시터를 포함하고, 가변적인 로드와 연결된 에너지 스토리지 시스템을 이용하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 세트 포인트의 동적인 설정은,
상기 감지된 로드 전류의 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)에 의해 획득된 가장 낮은 세 개의 주파수들의 평균치의 함수인 에너지 스토리지 시스템을 이용하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 울트라커패시터의 상기 잔존용량의 구동(the driving of the SOC)은,
상기 잔존용량이 0에 접근하는 중이면, 비록 전류가 또한 상기 스토리지 배터리에 의해 상기 로드로 공급되는 중이라 할지라도, 상기 울트라커패시터를 충전하는데 더 많은 전류를 할당하기 위해 수행되고,
상기 잔존용량이 100%에 접근하는 중이면, 비록 전류가 또한 상기 로드에 의해 상기 스토리지 배터리로 공급되는 중이라 할지라도, 상기 울트라커패시터를 충전하는데 더 적은 전류를 할당하기 위해 수행되는 에너지 스토리지 시스템을 이용하는 방법.
울트라커패시터의 잔존용량을 모니터하는 단계;
로드 전류를 모니터하는 단계;
값을 정의하는 세트 포인트를 동적으로 조절하는 단계 - 상기 잔존용량은 모니터된 로드 전류의 함수로서 상기 세트 포인트를 향하여 구동됨 -; 및
에너지 스토리지 시스템의 오퍼레이터(operator)의 변화를 나타내는 감지된 이벤트가 발생했을 때 상기 세트 포인트를 리셋(reset)하는 단계
를 포함하고,
상기 동적인 세트 포인트는 상기 에너지 스토리지 시스템과 로드 사이의 전류로 정의되는 감지된 로드 전류의 함수로서 때때로 위, 아래로 조절되고,
상기 로드는 때로는 상기 에너지 스토리지 시스템으로부터 파워를 끌어오고, 다른 때에는 상기 에너지 스토리지 시스템 안에 저장된 파워를 재생하며,
상기 끌어오는 파워는 때로는 더 크고, 때로는 더 적으며,
상기 재생된 파워는 때로는 더 크고, 때로는 더 적으며,
스토리지 배터리와 상기 울트라커패시터를 포함하고, 가변적인 로드와 연결된 에너지 스토리지 시스템을 이용하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 에너지 스토리지 시스템은,
조절 가능한 포지션을 가진 의자가 구비된 자동차의 일부분이고,
상기 감지된 이벤트는 상기 의자의 상기 포지션의 조절을 포함하는 에너지 스토리지 시스템을 이용하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 에너지 스토리지 시스템은,
조절 가능한 포지션을 가진 거울이 달린 자동차의 일부분이고,
상기 감지된 이벤트는 상기 거울의 상기 포지션의 조절을 포함하는 에너지 스토리지 시스템을 이용하는 방법.
스토리지 배터리;
잔존용량을 가지는 울트라커패시터;
상기 울트라커패시터와 직렬로 연결된 파워 컨버터 - 상기 울트라커패시터 및 상기 파워 컨버터는 상기 스토리지 배터리와 병렬로 연결되고, 가변적인 로드와의 연결을 위해 차례차례 배치됨 -;
로드 전류 센서; 및
상기 울트라커패시터의 상기 잔존용량을 결정하는 하나 이상의 센서와 연결된 컨트롤러 - 상기 컨트롤러는 상기 로드 전류 센서와 연결됨 -
를 포함하고,
상기 컨트롤러는 세트 포인트를 동적으로 설정하기 위해 감지된 로드 전류에 반응하고 - 상기 잔존용량은 상기 세트 포인트를 향하여 구동됨 -,
상기 동적인 세트 포인트는 감지된 로드 전류의 함수로서 때때로 위, 아래로 조절되며,
상기 로드는 때로는 상기 에너지 스토리지 시스템으로부터 파워를 끌어오고, 다른 때에는 상기 에너지 스토리지 시스템 안에 저장된 파워를 재생하며,
상기 끌어오는 파워는 때로는 더 크고, 때로는 더 적으며,
상기 재생된 파워는 때로는 더 크고, 때로는 더 적은,
가변적인 로드와의 연결을 위한 에너지 스토리지 시스템
제7항에 있어서,
상기 세트 포인트의 동적인 설정은,
상기 감지된 로드 전류의 고속 푸리에 변환에 의해 획득된 가장 낮은 세 개의 주파수들의 평균치의 함수인 에너지 스토리지 시스템.
제7항에 있어서,
상기 울트라커패시터의 상기 잔존용량의 구동은,
상기 잔존용량이 0에 접근하는 중이면, 비록 전류가 또한 상기 스토리지 배터리에 의해 상기 로드로 공급되는 중이라 할지라도, 상기 울트라커패시터를 충전하는데 더 많은 전류를 할당하기 위해 수행되고,
상기 잔존용량이 100%에 접근하는 중이면, 비록 전류가 또한 상기 로드에 의해 상기 스토리지 배터리로 공급되는 중이라 할지라도, 상기 울트라커패시터를 충전하는데 더 적은 전류를 할당하기 위해 수행되는 에너지 스토리지 시스템.
스토리지 배터리;
잔존용량을 가지는 울트라커패시터;
상기 울트라커패시터와 직렬로 연결된 파워 컨버터 - 상기 울트라커패시터 및 상기 파워 컨버터는 상기 스토리지 배터리와 병렬로 연결되고, 가변적인 로드와의 연결을 위해 차례차례 배치됨 -;
로드 전류 센서; 및
상기 울트라커패시터의 상기 잔존용량을 결정하는 하나 이상의 센서와 연결된 컨트롤러 - 상기 컨트롤러는 상기 로드 전류 센서와 연결됨 -
를 포함하고,
상기 컨트롤러는 값을 정의하는 세트 포인트를 동적으로 조절하도록 만들고 - 상기 잔존용량은 모니터된 로드 전류의 함수로서 상기 세트 포인트를 향하여 구동됨 -,
상기 컨트롤러는 상기 세트 포인트를 리셋하는 것에 의해 상기 에너지 스토리지 시스템의 오퍼레이터의 변화를 나타내는 감지된 이벤트에 반응하며,
상기 로드는 때로는 상기 에너지 스토리지 시스템으로부터 파워를 끌어오고, 다른 때에는 상기 에너지 스토리지 시스템 안에 저장된 파워를 재생하며,
상기 끌어오는 파워는 때로는 더 크고, 때로는 더 적으며,
상기 재생된 파워는 때로는 더 크고, 때로는 더 적은,
가변적인 로드와의 연결을 위한 에너지 스토리지 시스템.
제10항에 있어서,
상기 에너지 스토리지 시스템은,
조절 가능한 포지션을 가진 의자가 구비된 자동차의 일부분이고,
상기 감지된 이벤트는 상기 의자의 상기 포지션의 조절을 포함하는 에너지 스토리지 시스템.
제10항에 있어서,
상기 에너지 스토리지 시스템은,
조절 가능한 포지션을 가진 거울이 달린 자동차의 일부분이고,
상기 감지된 이벤트는 상기 거울의 상기 포지션의 조절을 포함하는 에너지 스토리지 시스템.