KR20150142880A - Energe storage system - Google Patents

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KR20150142880A KR1020140071383A KR20140071383A KR20150142880A KR 20150142880 A KR20150142880 A KR 20150142880A KR 1020140071383 A KR1020140071383 A KR 1020140071383A KR 20140071383 A KR20140071383 A KR 20140071383A KR 20150142880 A KR20150142880 A KR 20150142880A
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Abstract

The present invention relates to an energy storage system, capable of preventing power from being unstably supplied to a load by a gap of a discharge speed when the power, supplied from a main power supply source to the load, is changed since the system supplies the power to the load by connecting an electric double layer capacitor and a hybrid capacitor, which have different charge/discharge times, with each other in parallel. An EDLC part including multiple EDLCs, connected with each other in series, and supplying the power to the load as much as a first charge capacity by being charged with the first charge capacity; a hybrid capacitor part including multiple hybrid capacitors, connected to the EDLC part in parallel and connected with each other in series, and supplying the power to the load as much as a second charge capacity by being charged with the second charge capacity, bigger than the first charge capacity; and a battery part including multiple batteries, connected to the hybrid capacitor part in parallel and connected with each other in series, and supplying the power to the load as much as a third charge capacity by being charged with the third charge capacity, bigger than the second charge capacity.

Description

에너지 저장 시스템{Energe storage system}[0001] ENERGY STORAGE SYSTEM [

본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 특히 서로 다른 충방전 시간을 갖는 전기 이중층 커패시터와 하이브리드 커패시터와 배터리를 서로 병렬 연결시켜 부하로 전원을 공급함으로써 주전원공급원에서 부하로 공급되는 전원의 변동 시 방전속도의 갭(gap)으로 인해 부하로 불안정적으로 전원이 공급되는 것을 방지할 수 있는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an energy storage system, and more particularly to an energy storage system in which an electric double layer capacitor, a hybrid capacitor, and a battery are connected in parallel to each other to supply power to a load, To an energy storage system capable of preventing unstable supply of power to a load due to a gap between the power supply and the load.

에너지 저장 시스템(Energy Storage System: ESS)은 배터리를 충전한 후 부하로 공급되는 전원 부족 등의 이유로 전원 변동 발생 시 방전하여 부하로 안정되게 전원이 공급되도록 하기 위해 사용된다. 이러한 에너지 저장 시스템을 안정적으로 사용하기 위해 배터리의 수명을 예측하는 기술이 개발되었다.The energy storage system (ESS) is used to charge the battery and discharge it in case of power fluctuation due to lack of power supplied to the load, so that the power is supplied stably to the load. In order to use these energy storage systems stably, a technique for predicting the life of the battery has been developed.

한국공개특허 제2012-0134415호(특허문헌 1)는 에너지 저장 시스템의 배터리 수명 예측 시스템에 관한 것으로, 팩 전압 계산 프로세서, SOH(State Of Health, 배터리 잔존 수명) 판단 프로세서, SOH 계산 프로세서 및 SOC 보정 프로세서로 이루어진다. 팩 전압 계산 프로세서는 ESS의 배터리 셀의 셀 전압을 입력받아 배터리 팩의 팩 전압을 계산하며, SOH 판단 프로세서는 팩 전압을 입력받고 SOH을 판단하기 위한 전제 조건을 설정하여 전제 조건에 맞는 SOH를 판단한다. SOH 계산 프로세서는 SOH를 판단 시, 전제 조건을 만족하게 되면 이때의 팩 전압을 확인하고 확인된 현재 팩 전압과 초기 팩 전압 간의 전압 차를 이용하여 SOH를 산출한다. SOC 보정 프로세서는 SOH에 초기 정격 용량을 곱하여 SOC(State of Charge, 배터리 충전 잔량) 보정 용량을 산출하여 에너지 저장 시스템의 배터리 수명을 예측한다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2012-0134415 (Patent Document 1) relates to a battery life predicting system of an energy storage system, which includes a pack voltage calculation processor, a state of health (SOH) determination processor, an SOH calculation processor, Processor. The pack voltage calculation processor receives the cell voltage of the battery cell of the ESS and calculates the pack voltage of the battery pack. The SOH determination processor receives the pack voltage and sets the preconditions for determining the SOH, do. When determining the SOH, the SOH calculation processor checks the pack voltage at that time when the precondition is satisfied, and calculates the SOH using the voltage difference between the current pack voltage and the initial pack voltage. The SOC correction processor estimates the battery life of the energy storage system by multiplying the SOH by the initial rated capacity to calculate the SOC (State of Charge) correction capacity.

특허문헌 1과 같은 배터리 수명 예측 시스템 등을 이용하여 배터리의 수명을 예측할 수 있는 종래의 에너지 저장 시스템은 에너지 저장 시스템로 출력밀도가 낮으며 방전시간이 긴 배터리만 적용되는 경우에 전력 변동 발생 시 안정적으로 전원을 보조할 수 없는 문제점이 있다. A conventional energy storage system capable of predicting the lifetime of a battery using a battery life predicting system such as Patent Document 1 is an energy storage system and has a low output density. When only a battery having a long discharge time is applied, There is a problem that the power can not be assisted.

특허문헌 1: 한국공개특허 제2012-0134415호(등록일: 2012.12.12)Patent Document 1: Korea Patent Publication No. 2012-0134415 (Registered on December 12, 2012)

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 서로 다른 충방전 시간을 갖는 전기 이중층 커패시터와 하이브리드 커패시터와 배터리를 서로 병렬 연결시켜 부하로 전원을 공급함으로써 주전원공급원에서 부하로 공급되는 전원의 변동 시 방전속도의 갭(gap)으로 인해 부하로 불안정적으로 전원이 공급되는 것을 방지할 수 있는 에너지 저장 시스템을 제공함에 있다.An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an electric double layer capacitor, a hybrid capacitor and a battery which are connected in parallel to each other, And an energy storage system capable of preventing unstable supply of power to a load due to a gap of a discharge speed of the battery.

본 발명의 다른 목적은 주전원공급원에서 부하로 공급되는 전원의 변동 시 방전속도의 갭(gap)으로 인해 부하로 불안정적으로 전원이 공급되는 것을 방지함으로써 주전원공급원에서 부하로 공급되는 전원의 변동 시 부하로 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 에너지 저장 시스템을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to prevent unstable supply of power to a load due to a gap of a discharge speed when a power source supplied from a main power source to a load changes, And to provide an energy storage system capable of stably supplying power.

본 발명의 에너지 저장 시스템은 서로 직렬로 연결되는 다수개의 EDLC(electric double layer capacitor)가 구비되며, 제1충전용량으로 충전되어 충전된 제1충전용량만큼 부하로 전원을 공급하는 EDLC부와; 상기 EDLC부와 병렬로 연결되고 서로 직렬로 연결되는 다수개의 하이브리드 커패시터(hybrid capacitor)가 구비되며, 제1충전용량보다 큰 제2충전용량으로 충전되어 충전된 제2충전용량만큼 부하로 전원을 공급하는 하이브리드 커패시터부와; 상기 하이브리드 커패시터부와 병렬로 연결되고 서로 직렬로 연결되는 다수개의 배터리가 구비되며, 제2충전용량보다 큰 제3충전용량으로 충전되어 충전된 제3충전용량만큼 부하로 전원을 공급하는 배터리부로 구성되는 것을 특징으로 한다.The energy storage system of the present invention includes an EDLC unit having a plurality of electric double layer capacitors (EDLC) connected in series to each other and supplying power to the load by a first charging capacity charged with the first charging capacity; And a plurality of hybrid capacitors connected in parallel with the EDLC unit and connected in series with each other. The hybrid capacitor is charged with a second charge capacity larger than the first charge capacity, A hybrid capacitor unit; And a plurality of batteries connected in parallel with the hybrid capacitor unit and connected in series to each other, the battery unit being charged with a third charging capacity larger than the second charging capacity and supplying power to the load by the third charging capacity .

본 발명의 에너지 저장 시스템은 서로 다른 충방전 시간을 갖는 전기 이중층 커패시터와 하이브리드 커패시터와 배터리를 서로 병렬 연결시켜 부하로 전원을 공급함으로써 주전원공급원에서 부하로 공급되는 전원의 변동 시 방전속도의 갭(gap)으로 인해 부하로 불안정적으로 전원이 공급되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있으며, 주전원공급원에서 부하로 공급되는 전원의 변동 시 방전속도의 갭(gap)으로 인해 부하로 불안정적으로 전원이 공급되는 것을 방지함으로써 주전원공급원에서 부하로 공급되는 전원의 변동 시 부하로 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 이점이 있다.The energy storage system according to the present invention supplies electric power to a load by connecting an electric double layer capacitor having different charging / discharging times, a hybrid capacitor and a battery in parallel to each other, thereby generating a discharge gap gap ), It is possible to prevent an unstable power from being supplied to the load, and when the power supplied from the main power source to the load changes, unstable power is supplied to the load due to a gap of the discharge speed There is an advantage that the power can be stably supplied to the load when the power supplied from the main power supply source to the load changes.

도 1은 본 발명의 에너지 저장 시스템의 구성을 나타낸 블럭도,
도 2는 도 1에 도시된 에너지 저장 시스템의 등가회로도,
도 3은 도 2에 도시된 EDLC나 하이브리드 커패시터의 구성을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 에너지 저장 시스템의 동작 상태를 나타낸 타이밍 챠트.1 is a block diagram showing a configuration of an energy storage system of the present invention,
Fig. 2 is an equivalent circuit diagram of the energy storage system shown in Fig. 1,
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the EDLC or the hybrid capacitor shown in FIG. 2,
4 is a timing chart showing an operation state of the energy storage system of the present invention.

이하, 본 발명의 에너지 저장 시스템의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the energy storage system of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 에너지 저장 시스템은 EDLC부(110), 하이브리드 커패시터부(120), 배터리부(130) 및 부하(140)로 구성된다. 1 and 2, the energy storage system of the present invention includes an EDLC unit 110, a hybrid capacitor unit 120, a battery unit 130, and a load 140.

EDLC부(110)는 서로 직렬로 연결되는 다수개의 EDLC(electric double layer capacitor)(SC)가 구비되며, 제1충전용량으로 충전되어 충전된 제1충전용량만큼 부하(140)로 전원을 공급한다. 하이브리드 커패시터부(120)는 EDLC부(110)와 병렬로 연결되고 서로 직렬로 연결되는 다수개의 하이브리드 커패시터(hybrid capacitor)(HC)가 구비되며, 제1충전용량보다 큰 제2충전용량으로 충전되어 충전된 제2충전용량만큼 부하(140)로 전원을 공급한다. 배터리부(130)는 하이브리드 커패시터부(120)와 병렬로 연결되고 서로 직렬로 연결되는 다수개의 배터리(B)가 구비되며, 제2충전용량보다 큰 제3충전용량으로 충전되어 충전된 제3충전용량만큼 부하(140)로 전원을 공급하여 부하(140)가 주전원공급원(150)의 전압 변동 시 부하(140)로 전원이 안정적으로 공급되도록 한다. 부하(140)는 EDLC부(110), 하이브리드 커패시터부(120), 배터리부(130) 및 주전원공급원(150)와 연결되어 EDLC부(110), 하이브리드 커패시터부(120) 및 배터리부(130)로부터 공급되는 전원이나 주전원공급원(150)으로부터 공급되는 전원을 선택적으로 인가받아 구동된다. 여기서, 주전원공급원(150)은 풍력이나 태양광을 이용한 신재생에너지원이나 상용전원이 사용된다. The EDLC unit 110 includes a plurality of electric double layer capacitors SC connected in series with each other and supplies power to the load 140 by a first charging capacity charged with the first charging capacity . The hybrid capacitor unit 120 includes a plurality of hybrid capacitors HC connected in parallel to the EDLC unit 110 and connected in series to each other and is charged with a second charge capacity larger than the first charge capacity And supplies power to the load 140 by the second charged capacity. The battery unit 130 includes a plurality of batteries B connected in parallel with the hybrid capacitor unit 120 and connected in series to each other. The battery unit 130 is charged with a third charging capacity larger than the second charging capacity, Power is supplied to the load 140 as much as the capacity, so that the load 140 is stably supplied to the load 140 when the voltage of the main power source 150 fluctuates. The load 140 is connected to the EDLC unit 110, the hybrid capacitor unit 120, the battery unit 130, and the main power source 150 to form the EDLC unit 110, the hybrid capacitor unit 120, And the power supplied from the main power supply source 150 is selectively applied to the power supply. Here, the main power source 150 uses a renewable energy source or a commercial power source using wind or sunlight.

본 발명의 에너지 저장 시스템의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. The configuration of the energy storage system of the present invention will be described in more detail as follows.

EDLC부(110)는 도 1 및 도 2에서와 같이 서로 직렬로 연결되는 다수개의 EDLC 모듈(111)로 구성되며, 다수개의 EDLC 모듈(111)은 각각 서로 직렬로 연결되는 다수개의 EDLC(SC)로 이루어진다. 1 and 2, the EDLC unit 110 includes a plurality of EDLC modules 111 connected in series, and the plurality of EDLC modules 111 includes a plurality of EDLCs (SCs) .

다수개의 EDLC(SC)는 각각 도 3에서와 같이 한 쌍의 집전체(11,12), 음극전극(13), 양극전극(14) 및 분리막(15)으로 이루어진다. 한 쌍의 집전체(11,12)는 이격되어 대향되도록 배치되며 알루미늄 재질로 이루어진다. 음극전극(13)은 한 쌍의 집전체(11,12) 중 하나의 집전체(11)에 도포되어 형성되며, 양극전극(14)은 한 쌍의 집전체(11,12) 중 다른 하나의 집전체(11)에 도포되어 형성된다. 이러한 음극전극(13)과 양극전극(14)은 서로 동일한 전극 재질이 사용되어 음극전극(13)과 양극전극(14)에서 이온의 물리적 흡착과 탈착 원리에 의해 전하를 저장하며, 각각의 재질은 활성탄이 사용된다. 분리막(15)은 음극전극(13)과 양극전극(14) 사이에 배치되어 음극전극(13)과 양극전극(14)이 서로 물리적으로 접촉되는 것을 방지한다. 한 쌍의 집전체(11,12), 음극전극(13), 양극전극(14) 및 분리막(15)은 각각 케이스(도시 않음)에 수납되어 전해질에 함침되어 하나의 EDLC(SC)를 구성한다. The plurality of EDLCs SC each comprise a pair of current collectors 11 and 12, a cathode electrode 13, an anode electrode 14 and a separator 15 as shown in FIG. The pair of current collectors 11 and 12 are spaced apart from each other and made of aluminum. The anode electrode 13 is formed by being applied to one of the pair of current collectors 11 and 12 and the anode electrode 14 is formed by coating the other one of the pair of current collectors 11 and 12 And is formed on the collector 11. The cathode electrode 13 and the anode electrode 14 are made of the same electrode material and store charges by the physical adsorption and desorption principles of ions in the cathode electrode 13 and the anode electrode 14, Activated carbon is used. The separation membrane 15 is disposed between the cathode electrode 13 and the anode electrode 14 to prevent the cathode electrode 13 and the anode electrode 14 from being in physical contact with each other. The pair of current collectors 11 and 12, the cathode electrode 13, the anode electrode 14 and the separator 15 are housed in a case (not shown) and impregnated with an electrolyte to constitute one EDLC (SC) .

하이브리드 커패시터부(120)는 도 1 및 도 2에서와 같이 서로 직렬로 연결되는 다수개의 하이브리드 커패시터 모듈(121)로 구성되며, 다수개의 하이브리드 커패시터 모듈(121)은 각각 서로 직렬로 연결되는 다수개의 하이브리드 커패시터(HC)로 이루어진다. The hybrid capacitor unit 120 includes a plurality of hybrid capacitor modules 121 connected in series with each other as shown in FIGS. 1 and 2. The plurality of hybrid capacitor modules 121 include a plurality of hybrid And a capacitor HC.

다수개의 하이브리드 커패시터(HC)는 각각 도 3에서와 같이 한 쌍의 집전체(11,12), 음극전극(13), 양극전극(14) 및 분리막(15)으로 이루어진다. 한 쌍의 집전체(11,12)는 이격되어 대향되도록 배치되며 알루미늄 재질로 이루어진다. 음극전극(13)은 한 쌍의 집전체(11,12) 중 하나의 집전체(11)에 도포되어 형성되며, 양극전극(14)은 한 쌍의 집전체(11,12) 중 다른 하나의 집전체(11)에 도포되어 형성된다. 이러한 음극전극(13)과 양극전극(14)은 서로 상이한 전극 재질이 사용된다. 즉, 음극전극(13)의 재질은 LTO(low temperature oxidation)나 HTO(high temperature oxidation)가 사용되며, 리튬(Li) 이온의 화학적 삽입과 탈리에 의해 전하를 저장하고, 양극전극(14)의 재질은 활성탄이 사용되어 이온의 물리적 흡착과 탈착 원리에 의해 전하를 저장한다. 여기서, LTO나 HTO는 각각 공지된 재질이 사용된다. 분리막(15)은 음극전극(13)과 양극전극(14) 사이에 배치되어 음극전극(13)과 양극전극(14)이 서로 물리적으로 접촉되는 것을 방지한다. 한 쌍의 집전체(11,12), 음극전극(13), 양극전극(14) 및 분리막(15)은 각각 케이스(도시 않음)에 수납되어 전해질에 함침되어 하나의 하이브리드 커패시터(HC)를 구성한다. Each of the plurality of hybrid capacitors HC includes a pair of current collectors 11 and 12, a cathode electrode 13, an anode electrode 14 and a separator 15 as shown in FIG. The pair of current collectors 11 and 12 are spaced apart from each other and made of aluminum. The anode electrode 13 is formed by being applied to one of the pair of current collectors 11 and 12 and the anode electrode 14 is formed by coating the other one of the pair of current collectors 11 and 12 And is formed on the collector 11. The cathode electrode 13 and the anode electrode 14 are made of different electrode materials. That is, the material of the cathode electrode 13 is low temperature oxidation (LTO) or high temperature oxidation (HTO), and charges are stored by chemical insertion and desorption of lithium ions, Activated carbon is used as the material to store charges by the physical adsorption and desorption principles of ions. Here, known materials are used for LTO and HTO, respectively. The separation membrane 15 is disposed between the cathode electrode 13 and the anode electrode 14 to prevent the cathode electrode 13 and the anode electrode 14 from being in physical contact with each other. The pair of current collectors 11 and 12, the cathode electrode 13, the anode electrode 14 and the separator 15 are housed in a case (not shown) and impregnated with an electrolyte to constitute one hybrid capacitor HC do.

배터리부(130)는 도 1 및 도 2에서와 같이 서로 직렬로 연결되는 다수개의 배터리(131)로 구성된다. 다수개의 배터리(131)는 각각 납(Pb) 배터리, 니켈 수소(Ni-MH) 배터리 및 리튬(Li)계 배터리 중 하나가 사용되고, 리튬(Li)계 배터리는 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리 및 리튬 이온 폴리머 배터리 중 하나가 사용된다. The battery unit 130 includes a plurality of batteries 131 connected in series as shown in FIG. 1 and FIG. The battery 131 may be one of a lead (Pb) battery, a nickel-metal hydride (Ni-MH) battery, and a lithium (Li) battery, and the lithium battery may be a lithium ion battery, a lithium polymer battery, One of the ion polymer batteries is used.

전술한 구성을 갖는 EDLC부(110)와 하이브리드 커패시터부(120)와 배터리부(130)는 각각 서로 충방전 속도가 상이하며, 하이브리드 커패시터(110)에 구비되는 하이브리드 커패시터(HC)는 충방전 속도가 EDLC부(110)에 구비되는 EDLC(SC)의 충방전 속도보다 낮으며, 배터리부(130)에 구비되는 배터리(131)의 충방전 속도보다 높은 특성을 가지며, 이러한 충방전 특성은 공지된 특성임으로 설명을 생략한다. 즉, 본 발명의 에너지 저장 시스템은 수동형으로 구동 시 EDLC부(110)와 하이브리드 커패시터부(120)와 배터리부(130)의 서로 다른 충방전 속도를 이용하여 부하(140)로 전원을 공급한다. The EDLC unit 110, the hybrid capacitor unit 120 and the battery unit 130 having the above-described configuration are different in charging and discharging speed from each other and the hybrid capacitor HC provided in the hybrid capacitor 110 has a charge / Discharge rate of the EDLC SC provided in the EDLC unit 110 and higher than the charge / discharge rate of the battery 131 provided in the battery unit 130. The charge / It is a characteristic and its explanation is omitted. That is, the energy storage system of the present invention supplies power to the load 140 using different charging / discharging speeds of the EDLC unit 110, the hybrid capacitor unit 120, and the battery unit 130 when driven in a passive mode.

서로 다른 충방전 속도를 갖는 EDLC부(110)와 하이브리드 커패시터부(120)와 배터리부(130)는 각각 제1충전용량과 제2충전용량과 제3충전용량되며, 제1충전용량과 제2충전용량과 제3충전용량의 합은 에너지 저장 시스템의 총 충전용량이다. 즉, EDLC부(110)에 충전되는 제1충전용량은 에너지 저장 시스템의 총 충전용량에 대해 0.15 내지 0.45％가 되도록 충전되고, 하이브리드 커패시터부(120)에 충전되는 제2충전용량은 에너지 저장 시스템의 총 충전용량에 대해 0.64 내지 3.64％가 되도록 충전되며, 배터리부(130)에 충전되는 제3충전용량은 에너지 저장 시스템의 총 충전용량에 대해 95.91 내지 99.21％가 되도록 충전된다. The EDLC unit 110, the hybrid capacitor unit 120, and the battery unit 130 having different charging and discharging speeds have a first charging capacity, a second charging capacity, and a third charging capacity, respectively. The sum of the charge capacity and the third charge capacity is the total charge capacity of the energy storage system. That is, the first charging capacity to be charged in the EDLC unit 110 is 0.15 to 0.45% of the total charging capacity of the energy storage system, and the second charging capacity to be charged in the hybrid capacitor unit 120 is the energy storage system Is 0.64 to 3.64% with respect to the total charging capacity of the energy storage system, and the third charging capacity to be charged in the battery unit 130 is charged to 95.91 to 99.21% with respect to the total charging capacity of the energy storage system.

예를 들어, EDLC부(110)는 동작전압이 0 내지 2.7V이며, 사용전압이 1.5 내지 2.7V인 다수개의 EDLC(SC)를 서로 직렬로 연결하여 1시간 동안 충전된 에너지 밀도가 에너지 저장 시스템의 총 충전용량에 대해 0.15 내지 0.45％가 충전되도록 충전되며, 1시간 동안 충전된 에너지 밀도는 1/2*C*V*3600을 이용해 산출된다. 여기서, C는 비례상수로 EDLC(SC)의 정전용량이며, V는 EDLC(SC)의 사용전압을 나타낸다. For example, the EDLC unit 110 connects a plurality of EDLCs (SCs) having an operating voltage of 0 to 2.7 V and a used voltage of 1.5 to 2.7 V to each other in series, And the energy density charged for 1 hour is calculated by using 1/2 * C * V * 3600. Where C is the capacitance of EDLC (SC) as a proportionality constant, and V is the voltage used for EDLC (SC).

하이브리드 커패시터부(120)는 동작전압이 0 내지 2.7V이며, 사용전압이 1.8 내지 2.7V인 다수개의 하이브리드 커패시터(HC)를 서로 직렬로 연결하여 시간 동안 충전된 에너지 밀도가 에너지 저장 시스템의 총 충전용량에 대해 0.64 내지 3.64％가 되도록 충전되며, 시간 동안 충전된 에너지 밀도는 1/2*C*V*3600을 이용해 산출된다. 여기서, C는 비례상수로 하이브리드 커패시터(C)의 정전용량이며, V는 하이브리드 커패시터(C)의 사용전압을 나타낸다. The hybrid capacitor unit 120 includes a plurality of hybrid capacitors HC having an operating voltage of 0 to 2.7 V and a use voltage of 1.8 to 2.7 V connected in series to each other so that the energy density charged over time is equal to the total charge of the energy storage system And the energy density charged over time is calculated using 1/2 * C * V * 3600. Here, C denotes a capacitance of the hybrid capacitor C as a proportional constant, and V denotes a used voltage of the hybrid capacitor C.

배터리부(130)는 동작전압이 2.8 내지 4.2V이며, 사용전압이 3.8 내지 4.2V인 다수개의 배터리(131)를 서로 직렬로 연결하여 1시간 동안 충전된 에너지 밀도가 에너지 저장 시스템의 총 충전용량에 대해 95.91 내지 99.21％가 되도록 충전되며, 1시간 동안 충전된 에너지 밀도로 Ah*V을 이용해 산출된다. Ah는 암페어시를 나타내며, V는 배터리(131)의 사용전압을 나타낸다. Ah에서 A는 방전전류를 나타내며, 충전이나 방전시간을 나타낸다. The battery unit 130 includes a plurality of batteries 131 having an operating voltage of 2.8 to 4.2 V and a use voltage of 3.8 to 4.2 V connected in series to each other so that the energy density charged for one hour is equal to the total charge capacity And is calculated using Ah * V at an energy density charged for 1 hour. Ah denotes amperage, and V denotes a used voltage of the battery 131. [ In Ah, A represents the discharge current and represents the charge or discharge time.

이와 같이 EDLC부(110)와 하이브리드 커패시터부(120)와 배터리부(130)는 각각 도 4에서와 같이 1시간 동안 충전되는 에너지밀도인 와트시(Wh)를 이용하여 에너지 저장 시스템의 총 충전용량에 대해 배분된다. 미설명된 도 4의 세로축에 기재된 Wh는 와트시를 나타내며, 가로축에 기재된 ％는 EDLC부(110)와 하이브리드 커패시터부(120)와 배터리부(130)의 충전용량의 배분율을 나타낸다.4, the EDLC unit 110, the hybrid capacitor unit 120, and the battery unit 130 are respectively connected to the total charge capacity of the energy storage system using the energy density Wh, / RTI > The Wh shown in the vertical axis of FIG. 4, which is not shown in the figure, indicates the wattage, and the% in the horizontal axis indicates the distribution ratio of the charging capacity of the EDLC unit 110, the hybrid capacitor unit 120 and the battery unit 130.

본 발명의 에너지 저장 시스템을 능동형으로 구동 시 본 발명의 에너지 저장 시스템은 도 1 및 도 2에서와 같이 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)와 제3스위치(SW3)와 양방향 DC-DC(Direct Current-Direct Current) 컨버터(160)와 제어기(170)가 구비된다. 1 and 2, the energy storage system of the present invention includes a first switch SW1, a second switch SW2, a third switch SW3, a bidirectional DC- A direct current-direct current (DC) converter 160 and a controller 170 are provided.

제1스위치(SW1)는 EDLC부(110)와 양방향 DC-DC 컨버터(160)에 연결되며, 제어기(170)에 의해 온/오프되어 EDLC부(110)와 양방향 DC-DC 컨버터(160)를 전기적으로 연결시키거나 해제시켜 EDLC부(110)에서 부하(140)로 제1충전용량을 공급되도록 한다. 제2스위치(SW2)는 하이브리드 커패시터부(120)와 양방향 DC-DC 컨버터(160)에 연결되며 제어기(170)에 의해 온/오프되어 하이브리드 커패시터부(120)와 양방향 DC-DC 컨버터(160)를 전기적으로 연결시키거나 해제시켜 하이브리드 커패시터부(120)에서 부하(140)로 제2충전용량을 공급되도록 한다. 제3스위치(SW3)는 배터리부(130)와 양방향 DC-DC 컨버터(160)에 연결되며 제어기(170)에 의해 온/오프되어 배터리부(130)와 양방향 DC-DC 컨버터(160)를 전기적으로 연결시키거나 해제시켜 배터리부(130)에서 부하(140)로 제3충전용량을 공급되도록 한다. The first switch SW1 is connected to the EDLC unit 110 and the bidirectional DC-DC converter 160 and is turned on / off by the controller 170 to connect the EDLC unit 110 and the bidirectional DC-DC converter 160 So that the first charge capacity is supplied from the EDLC unit 110 to the load 140. The second switch SW2 is connected to the hybrid capacitor unit 120 and the bidirectional DC-DC converter 160 and is turned on / off by the controller 170 to connect the hybrid capacitor unit 120 and the bidirectional DC- So that the second charging capacity is supplied from the hybrid capacitor unit 120 to the load 140. The third switch SW3 is connected to the battery unit 130 and the bidirectional DC-DC converter 160 and is turned on / off by the controller 170 to electrically connect the battery unit 130 and the bidirectional DC- So that the third charging capacity is supplied from the battery unit 130 to the load 140. [

양방향 DC-DC 컨버터(160)는 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)와 제3스위치(SW3)를 통해 EDLC부(110)와 하이브리드 커패시터부(120)와 배터리부(130)에 각각 연결되어 각각으로부터 출력되는 전원을 일정한 전압 레벨로 변환시켜 부하(140)로 전달하거나 주전원공급원(150)로부터 부하(140)로 전달되는 전원을 EDLC부(110)와 하이브리드 커패시터부(120)와 배터리부(130)로 전달되어 각각이 제1충전용량, 제2충전용량 및 제3충전용량으로 충전되도록 한다. The bidirectional DC-DC converter 160 is connected to the EDLC unit 110, the hybrid capacitor unit 120, and the battery unit 130 via the first switch SW1, the second switch SW2, and the third switch SW3. And supplies the power to the load 140 through the EDLC unit 110 and the hybrid capacitor unit 120. The EDLC unit 110 and the hybrid capacitor unit 120 are connected to each other, And is then transmitted to the battery unit 130 so as to be charged with the first charge capacity, the second charge capacity, and the third charge capacity, respectively.

이러한 양방향 DC-DC 컨버터(160)는 공지된 두 개의 단방향 DC-DC 컨버터(160)를 이용하여 구현할 수 있으며, 두 개의 단방향 DC-DC 컨버터(도시 않음) 중 하나는 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)와 제3스위치(SW3)를 통해 EDLC부(110)와 하이브리드 커패시터부(120)와 배터리부(130)에 각각 연결되어 각각으로부터 출력되는 전원을 일정한 전압 레벨로 변환시켜 부하(140)로 전달하며, 다른 하나는 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)와 제3스위치(SW3)를 통해 EDLC부(110)와 하이브리드 커패시터부(120)와 배터리부(130)에 각각 연결되어 주전원공급원(150)로부터 부하(140)로 전달되는 전원을 EDLC부(110)와 하이브리드 커패시터부(120)와 배터리부(130)로 전달되어 각각이 제1충전용량, 제2충전용량 및 제3충전용량으로 충전되도록 한다.The bidirectional DC-DC converter 160 may be implemented using two known unidirectional DC-DC converters 160, and one of the two unidirectional DC-DC converters 160 may include a first switch SW1 and a second switch SW2. The EDLC unit 110, the hybrid capacitor unit 120 and the battery unit 130 via the second switch SW2 and the third switch SW3 to convert the power output from each of the EDLC unit 110, the hybrid capacitor unit 120 and the battery unit 130 into a constant voltage level, The hybrid capacitor unit 120 and the battery unit 130 via the first switch SW1, the second switch SW2 and the third switch SW3, and the other one of the EDLC unit 110, the hybrid capacitor unit 120, To the EDLC unit 110, the hybrid capacitor unit 120, and the battery unit 130, respectively, to be supplied to the load 140 from the main power supply source 150, Capacity and the third charging capacity.

제어기(170)는 프로그래밍을 통해 EDLC부(110)와 하이브리드 커패시터부(120)와 배터리부(130)의 방전순서가 미리 설정되어 본 발명의 에너지 저장 시스템이 능동형으로 구동되도록 한다. 즉, 제어기(170)는 방전속도가 빠른 EDLC부(110)부터 하이브리드 커패시터부(120) 및 배터리부(130)가 순차적으로 방전되도록 방전순서가 설정되며, 방전순서에 따라 제2스위치(SW2)와 제3스위치(SW3)를 오프(off)시킨 상태에서 제1스위치(SW1)를 온(on)시켜 EDLC부(110)에 충전된 제1충전용량만큼 부하(140)로 전원을 공급한다. The controller 170 sets the discharge order of the EDLC unit 110, the hybrid capacitor unit 120, and the battery unit 130 through programming so that the energy storage system of the present invention can be actively driven. That is, the controller 170 sets the discharging order so that the hybrid capacitor unit 120 and the battery unit 130 are sequentially discharged from the EDLC unit 110 having a fast discharging speed, and the discharging order is set so that the second switch SW2, The first switch SW1 is turned on while the third switch SW3 is turned off to supply power to the load 140 by the first charge capacity charged in the EDLC unit 110. [

제어기(170)는 제1충전용량이 방전되면 제1스위치(SW1)와 제3스위치(SW3)를 오프시킨 상태에서 제2스위치(SW2)를 온시켜 하이브리드 커패시터부(120)에 충전된 제2충전용량만큼 부하(140)로 전원을 공급한다. 제어기(170)는 제2충전용량이 방전되면 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)를 오프시킨 상태에서 제3스위치(SW3)를 온시켜 배터리부(130)에 충전된 제3충전용량만큼 부하(140)로 전원을 공급하여 주전원공급원(150)로부터 부하(140)로 공급되는 주전원의 변동 시 부하(140)로 전원을 공급하여 부하(140)가 안정적으로 동작될 수 있도록 한다.The controller 170 turns on the second switch SW2 in a state where the first switch SW1 and the third switch SW3 are turned off when the first charge capacity is discharged so that the second capacitor SW2 And the power is supplied to the load 140 by the charging capacity. The controller 170 turns on the third switch SW3 in a state where the first switch SW1 and the second switch SW2 are turned off when the second charge capacity is discharged and the third charge Power is supplied to the load 140 from the main power source 150 to the load 140 when the main power is supplied from the main power source 150 to the load 140 so that the load 140 can be stably operated.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 에너지 저장 시스템은 서로 다른 충방전 시간을 갖는 전기 이중층 커패시터와 하이브리드 커패시터와 배터리를 서로 병렬 연결시켜 부하로 전원을 공급함으로써 주전원공급원에서 부하로 공급되는 전원의 변동 시 방전속도의 갭(gap)으로 인해 부하로 불안정적으로 전원이 공급되는 것을 방지함으로써 주전원공급원에서 부하로 공급되는 전원의 변동 시 부하로 안정적으로 전원을 공급할 수 있다.As described above, according to the energy storage system of the present invention, electric double layer capacitors having different charge / discharge times, hybrid capacitors and batteries are connected in parallel to supply power to the load, It is possible to stably supply power to the load when the power supplied from the main power supply source to the load fluctuates by preventing unstable power supply to the load due to the gap of the speed.

본 발명의 에너지 저장 시스템은 에너지 저장 시스템의 제조산업 분야에 적용할 수 있다.The energy storage system of the present invention is applicable to the manufacturing industry of an energy storage system.

110: EDLC부 111: EDLC 모듈
120: 하이브리드 커패시터부 121: 하이브리드 커패시터 모듈
130: 배터리부 131: 배터리
140: 부하110: EDLC module 111: EDLC module
120: Hybrid capacitor unit 121: Hybrid capacitor module
130: Battery part 131: Battery
140: Load

Claims (10)

서로 직렬로 연결되는 다수개의 EDLC(electric double layer capacitor)가 구비되며, 제1충전용량으로 충전되어 충전된 제1충전용량만큼 부하로 전원을 공급하는 EDLC부와;
상기 EDLC부와 병렬로 연결되고 서로 직렬로 연결되는 다수개의 하이브리드 커패시터(hybrid capacitor)가 구비되며, 제1충전용량보다 큰 제2충전용량으로 충전되어 충전된 제2충전용량만큼 부하로 전원을 공급하는 하이브리드 커패시터부와;
상기 하이브리드 커패시터부와 병렬로 연결되고 서로 직렬로 연결되는 다수개의 배터리가 구비되며, 제2충전용량보다 큰 제3충전용량으로 충전되어 충전된 제3충전용량만큼 부하로 전원을 공급하는 배터리부로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.An EDLC unit having a plurality of electric double layer capacitors (EDLC) connected in series to each other and supplying power to the load by a first charging capacity charged with the first charging capacity;
And a plurality of hybrid capacitors connected in parallel with the EDLC unit and connected in series with each other. The hybrid capacitor is charged with a second charge capacity larger than the first charge capacity, A hybrid capacitor unit;
And a plurality of batteries connected in parallel with the hybrid capacitor unit and connected in series to each other, the battery unit being charged with a third charging capacity larger than the second charging capacity and supplying power to the load by the third charging capacity And the energy storage system. 제1항에 있어서,
상기 EDLC부와 상기 하이브리드 커패시터부와 상기 배터리부는 각각 상기 제1충전용량과 상기 제2충전용량과 상기 제3충전용량되며, 상기 제1충전용량과 상기 제2충전용량과 상기 제3충전용량의 합은 에너지 저장 시스템의 총 충전용량인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템. The method according to claim 1,
The EDLC unit, the hybrid capacitor unit, and the battery unit are respectively connected to the first charging capacity, the second charging capacity, and the third charging capacity, and the first charging capacity, the second charging capacity, Wherein the sum is the total charge capacity of the energy storage system. 제1항에 있어서,
상기 EDLC부와 상기 하이브리드 커패시터부와 상기 배터리부는 각각 상기 제1충전용량과 상기 제2충전용량과 상기 제3충전용량으로 충전되며,
상기 제1충전용량은 에너지 저장 시스템의 총 충전용량에 대해 0.15 내지 0.45％이고, 상기 제2충전용량은 에너지 저장 시스템의 총 충전용량에 대해 0.64 내지 3.64％이며, 상기 제3충전용량은 에너지 저장 시스템의 총 충전용량에 대해 95.91 내지 99.21％인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.The method according to claim 1,
The EDLC unit, the hybrid capacitor unit, and the battery unit are charged with the first charge capacity, the second charge capacity, and the third charge capacity, respectively,
Wherein the first charge capacity is 0.15 to 0.45% of the total charge capacity of the energy storage system, the second charge capacity is 0.64 to 3.64% of the total charge capacity of the energy storage system, Gt; 95% < / RTI > to 99.21% of the total charge capacity of the system. 제1항에 있어서,
상기 하이브리드 커패시터에 구비되는 하이브리드 커패시터는 충방전 속도가 상기 EDLC부에 구비되는 EDLC의 충방전 속도보다 낮으며, 상기 배터리부에 구비되는 배터리의 충방전 속도보다 높은 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the charge / discharge speed of the hybrid capacitor included in the hybrid capacitor is lower than the charge / discharge speed of the EDLC provided in the EDLC unit, and is higher than the charge / discharge speed of the battery provided in the battery unit. 제1항에 있어서,
상기 에너지 저장 시스템은 제1스위치와 제2스위치와 제3스위치와 양방향 DC-DC 컨버터와 제어기가 구비되며,
상기 제1스위치는 상기 EDLC부와 상기 양방향 DC-DC 컨버터에 연결되며 상기 제어기에 의해 온/오프되어 EDLC부와 양방향 DC-DC 컨버터를 전기적으로 연결시키거나 해제시키며, 상기 제2스위치는 상기 하이브리드 커패시터부와 상기 양방향 DC-DC 컨버터에 연결되며 상기 제어기에 의해 온/오프되어 하이브리드 커패시터부와 양방향 DC-DC 컨버터를 전기적으로 연결시키거나 해제시키며, 상기 제3스위치는 상기 배터리부와 상기 양방향 DC-DC 컨버터에 연결되며 상기 제어기에 의해 온/오프되어 배터리부와 양방향 DC-DC 컨버터를 전기적으로 연결시키거나 해제시키는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.The method according to claim 1,
The energy storage system includes a first switch, a second switch, a third switch, a bidirectional DC-DC converter, and a controller,
Wherein the first switch is connected to the EDLC unit and the bidirectional DC-DC converter and is turned on / off by the controller to electrically connect or disconnect the EDLC unit and the bidirectional DC-DC converter, DC converter and the bidirectional DC-DC converter, wherein the third switch electrically connects or disconnects the hybrid capacitor unit and the bidirectional DC-DC converter, and the third switch connects the battery unit and the bidirectional DC- DC converter and is turned on / off by the controller to electrically connect or disconnect the battery unit and the bidirectional DC-DC converter. 제5항에 있어서,
상기 양방향 DC-DC 컨버터는 제1스위치와 제2스위치와 제3스위치를 통해 EDLC부와 하이브리드 커패시터부와 배터리부에 각각 연결되어 각각으로부터 출력되는 전원을 일정한 전압 레벨로 변환시켜 부하로 전달하거나 주전원공급원로부터 부하로 전달되는 전원을 EDLC부와 하이브리드 커패시터부와 배터리부로 전달되어 각각이 충전되도록 하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.6. The method of claim 5,
The bidirectional DC-DC converter is connected to the EDLC unit, the hybrid capacitor unit, and the battery unit through the first switch, the second switch, and the third switch, converts the power output from each of the EDLC unit, the hybrid capacitor unit, and the battery unit into a constant voltage level, And a power supply from the supply source to the load is transmitted to the EDLC unit, the hybrid capacitor unit, and the battery unit so as to be charged. 제5항에 있어서,
상기 제어기는 EDLC부와 하이브리드 커패시터부와 배터리부의 방전순서가 설정되며, 상기 방전순서에 따라 제2스위치와 제3스위치를 오프(off)시킨 상태에서 제1스위치를 온(on)시켜 EDLC부에 충전된 제1충전용량만큼 부하로 전원을 공급하며, 제1충전용량이 방전되면 제1스위치와 제3스위치를 오프시킨 상태에서 제2스위치를 온시켜 하이브리드 커패시터부에 충전된 제2충전용량만큼 부하로 전원을 공급하며, 제2충전용량이 방전되면 제1스위치와 제2스위치를 오프시킨 상태에서 제3스위치를 온시켜 배터리부에 충전된 제3충전용량만큼 부하로 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.6. The method of claim 5,
The controller sets the discharge order of the EDLC unit, the hybrid capacitor unit, and the battery unit, and turns on the first switch in a state in which the second switch and the third switch are turned off according to the discharge order, When the first charge capacity is discharged, the second switch is turned on in a state where the first switch and the third switch are turned off, and the second capacitor is charged by the second charge capacity charged in the hybrid capacitor unit And when the second charge capacity is discharged, the third switch is turned on with the first switch and the second switch off, and the power is supplied to the load by the third charge capacity charged in the battery unit Energy storage system. 제1항에 있어서,
상기 EDLC부는 서로 직렬로 연결되는 다수개의 EDLC 모듈로 구성되며, 상기 다수개의 EDLC 모듈은 각각 서로 직렬로 연결되는 다수개의 EDLC로 이루어지며,
상기 다수개의 EDLC는 각각 한 쌍의 집전체와 상기 한 쌍의 집전체 중 하나에 도포되는 음극전극과, 상기 한 쌍의 집전체 중 다른 하나에 도포되는 양극전극과, 상기 음극전극과 상기 양극전극 사이에 배치되어 음극전극과 양극전극이 서로 접촉되는 것을 방지하는 분리막으로 이루어지며, 상기 음극전극과 양극전극의 재질은 서로 동일하며, 각각의 재질은 활성탄이 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.The method according to claim 1,
The EDLC unit is composed of a plurality of EDLC modules connected in series to each other, and the plurality of EDLC modules are composed of a plurality of EDLCs connected in series with each other,
Wherein the plurality of EDLCs each include a pair of current collectors and a cathode electrode coated on one of the pair of current collectors, an anode electrode coated on the other one of the pair of current collectors, Wherein the cathode electrode and the anode electrode are made of the same material and activated carbon is used as the material of the anode electrode and the anode electrode, respectively. 제1항에 있어서,
상기 하이브리드 커패시터부는 서로 직렬로 연결되는 다수개의 하이브리드 커패시터 모듈로 구성되며, 상기 다수개의 하이브리드 커패시터 모듈은 각각 서로 직렬로 연결되는 다수개의 하이브리드 커패시터로 이루어지며,
상기 다수개의 하이브리드 커패시터는 각각 한 쌍의 집전체와 상기 한 쌍의 집전체 중 하나에 도포되는 음극전극과, 상기 한 쌍의 집전체 중 다른 하나에 도포되는 양극전극과, 상기 음극전극과 상기 양극전극 사이에 배치되어 음극전극과 양극전극이 서로 접촉되는 것을 방지하는 분리막으로 이루어지며, 상기 음극전극과 상기 양극전극의 재질은 서로 상이한 재질이 사용되며, 상기 음극전극의 재질은 LTO(low temperature oxidation)나 HTO(high temperature oxidation)가 사용되며, 상기 양극전극의 재질은 활성탄이 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the hybrid capacitor unit comprises a plurality of hybrid capacitor modules connected in series with each other, wherein the plurality of hybrid capacitor modules comprise a plurality of hybrid capacitors connected in series with each other,
Wherein the plurality of hybrid capacitors each include a pair of current collectors and a cathode electrode coated on one of the pair of current collectors, an anode electrode coated on the other one of the pair of current collectors, Wherein the cathode electrode and the anode electrode are made of materials different from each other, and the material of the cathode electrode is selected from the group consisting of low temperature oxidation (LTO) ) Or high temperature oxidation (HTO) is used, and the anode electrode is made of activated carbon. 제1항에 있어서,
상기 배터리부는 서로 직렬로 연결되는 다수개의 배터리로 구성되며,
상기 다수개의 배터리는 각각 납(Pb) 배터리, 니켈 수소(Ni-MH) 배터리 및 Li계 배터리 중 하나가 사용되고, 리튬(Li)계 배터리는 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리 및 리튬 이온 폴리머 배터리 중 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the battery unit comprises a plurality of batteries connected in series with each other,
Wherein each of the plurality of batteries includes one of a lead (Pb) battery, a nickel-metal hydride (Ni-MH) battery and a Li-based battery, and the Li-based battery is one of a lithium ion battery, a lithium polymer battery, Is used as the energy storage system.
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