KR20160117234A - 레인지 익스텐더를 갖는 에너지 스토리지 시스템과 에너지 관리 및 제어 방법 - Google Patents

레인지 익스텐더를 갖는 에너지 스토리지 시스템과 에너지 관리 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

시스템은 제1 에너지 시스템, 레인지 익스텐더, 및 컨트롤러를 포함한다. 레인지 익스텐더는 제2 에너지 시스템, 제1 및 제2 컨버터, 및 바이패스를 갖는다. 제1 컨버터는 제1 에너지 시스템과 전기 부하 사이에 선택적으로 연결되고, 제2 컨버터는 제2 에너지 시스템과 제1 컨버터의 출력측과 전기 부하의 입력측 중 적어도 하나 사이에 선택적으로 연결되고, 바이패스는 제1 에너지 시스템과 제1 컨버터의 출력측, 제2 컨버터의 출력측, 및 전기 부하의 입력측 중 적어도 하나 사이에 선택적으로 연결된다. 컨트롤러는 제1 에너지 시스템과 레인지 익스텐더를 정상 동작 모드와 고장 방지 모드에서 작업하도록 제어할 수 있고, 정상 동작 모드에서, 제1 및 제2 에너지 시스템은 각각 제1 및 제2 컨버터를 통해 전기 부하에 병렬로 연결되고, 고장 방지 모드에서, 제1 에너지 시스템은 바이패스를 통해 전기 부하에 연결되고 제2 에너지 시스템은 전기 부하로부터 연결해제된다. 본 발명은 또한 상기 시스템을 사용하여 전기 부하에 파워를 공급하기 위한 방법에 관련된다.

Description

레인지 익스텐더를 갖는 에너지 스토리지 시스템과 에너지 관리 및 제어 방법{ENERGY STORAGE SYSTEM WITH RANGE EXTENDER AND ENERGY MANAGEMENT AND CONTROL METHOD}
[관련 출원]
발명을 위한 본 출원은 본 출원의 출원인에 의해 같은 날짜에 출원되고, 발명의 명칭이 "multiple source energy storage system and energy management and control method"인 중국 특허 출원 - 여기에 인용된 것과 완전히 동일하고 그 전체가 참조로서 포함되어 있음 - 에 관한 것이다.
본 발명은, 차량 드라이빙 등에 주로 사용되는 파워 시스템을 위한, 에너지 스토리지 시스템과 에너지 관리 및 제어 방법에 관한 것이고, 특히 레인지 익스텐더를 갖는 에너지 스토리지 시스템과 에너지 관리 및 제어 방법에 관한 것이다.
공해의 문제가 점점 심각해지면서, 전자 차량과 재생가능 에너지가 점점 더 관심을 받고 있다. 순수 전기 차량은 차량을 구동하기 위해 저장된 전기 에너지를 사용하여 전기 모터에 전력을 공급한다. 순수 전기 차량은 하나 이상의 저장된 전기 에너지 소스를 사용할 수 있다. 예컨대, 에너지 배터리와 같은 제1 전기 에너지 스토리지 소스가 더 오래 지속되는 에너지를 공급하기 위해 사용될 수 있고, 파워 배터리와 같은 제2 전기 에너지 스토리지 소스가 차량을 가속시키는 등을 위한 더 높은 파워 에너지를 공급하는데 사용될 수 있다. 하이브리드 전기 차량은, 차량을 구동하기 위해, (트랙션 배터리(traction battery) 등의) 에너지 스토리지 디바이스에 의해 전력공급되는 전기 모터와 내연기관을 결합할 수 있다. 이러한 결합은, 내연 기관과 전기 모터가 그 각각의 더 높은 효율 범위에서 작동할 수 있게 함으로써 전체 연료 효율을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 전기 모터는 정상 상태로부터 가속을 개시할 때 더 높은 효율을 가질 수 있고, 내연 기관은 일정한 엔진 러닝(running)(고속도로 상에서의 러닝) 중에 더 높은 효율을 가질 수 있다. 전기 모터가 초기 가속을 가능하게 하는 것은 하이브리드 차량 내의 내연 기관이 더 작아지는 것과 더 높은 연료 효율을 갖는 것을 가능하게 한다.
배터리와 플러그-인 하이브리드 전기 차량에 의해 공급되는 순수 전기 차량에서, 높은 에너지 밀도 배터리는, 높은 에너지 밀도 배터리의 사이즈가 바람직하게 구성되면, 단일 차지(charge)에 의한 연비 요구(mileage demand)를 만족시킬 수 있다. 그러나, 비교적 낮은 파워 밀도로 인한 동일 사이즈의 높은 에너지 밀도 배터리는, 급가속, 등반(climbing), 특히 예컨대 도시 버스 또는 트럭에서 특히 명백한 중량 애플리케이션(heavy duty application)에 의해 야기되는 파워 요구를 만족시키는 것이 불가능할 수 있다. 따라서, 단일의 높은 에너지 밀도 배터리의 사이즈를 과도하게 증가시킬 필요없이, 차량의 연비 요구와 파워 요구를 동시에 만족시키기 위해, 복수의 에너지 소스 또는 하이브리브 에너지 소스가 사용될 수 있다. 중량의 전기 차량에서, 이러한 종류의 파워 배터리가 높은 파워 밀도와 더 긴 수명을 갖기 때문에, 높은 에너지 밀도 배터리와 파워 배터리의 결합이 하이브리드 에너지 소스로서 사용될 수 있다. 그러나, 차량 구동 시스템에 복수의 에너지 소스 또는 하이브리드 에너지 소스가 도입되면, 복수의 에너지 소스 또는 하이브리드 에너지 소스 사이에서의 구성과 제어가 복잡하게 된다. 효율적으로 러닝하기 위한 차량 구동 시스템이 모든 종류의 작업 환경을 처리하고, 그리고 전체 에너지 소스 전원 시스템 및 전기 차량의 안정성(security)을 확보할 수 있도록, 복수의 에너지 소스 또는 하이브리드 에너지 소스를 바람직하게 구성하고 제어하는 방법이 산업에서 해결되어야 할 문제점이다.
따라서, 상기한 바와 같은 문제점 중 적어도 하나를 해결하기 위한 시스템 및 방법을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 일 양태(aspect)는, 제1 에너지 스토리지 시스템 및 제1 에너지 스토리지 시스템과 전기 부하 사이의 레인지 익스텐더를 포함하는 에너지 스토리지 시스템을 제공하는 것이다. 레인지 익스텐더는 제1 DC-to-DC 컨버터, 제2 에너지 스토리지 시스템, 제2 DC-to-DC 컨버터, 및 바이패스(by-pass)를 포함한다. 특히, 제1 DC-to-DC 컨버터는 제1 에너지 스토리지 시스템과 전기 부하 사이에 선택적으로 연결되고, 제2 DC-to-DC 컨버터는 제2 에너지 스토리지 시스템과 제1 DC-to-DC 컨버터의 출력측과 전기 부하의 입력측 중 적어도 하나 사이에 선택적으로 연결되고, 바이패스는 제1 에너지 스토리지 시스템과 제1 DC-to-DC 컨버터의 출력측, 제2 DC-to-DC 컨버터의 출력측, 및 전기 부하의 입력측 중 적어도 하나 사이에 선택적으로 연결된다. 에너지 스토리지 시스템은, 정상 동작 모드와 고장 방지 모드 중 적어도 하나에서 작동하게 제1 에너지 스토리지 시스템과 레인지 익스텐더를 제어하도록 구성되는 컨트롤러를 더 포함하고, 정상 동작 모드에서, 제1 및 제2 에너지 스토리지 시스템은 각각 제1 및 제2 DC-to-DC 컨버터를 통해 전기 부하에 병렬로 연결되고, 고장 방지 모드에서, 제1 에너지 스토리지 시스템은 바이패스를 통해 전기 부하에 연결되고 제2 에너지 스토리지 시스템은 전기 부하로부터 연결해제된다.
본 발명의 다른 양태는,
제1 에너지 스토리지 시스템, 제1 DC-to-DC 컨버터, 제1 DC-to-DC 컨버터에 병렬인 바이패스, 제2 에너지 스토리지 시스템, 및 제2 DC-to-DC 컨버터를 포함하는 에너지 스토리지 시스템을, 제1 및 제2 DC-to-DC 컨버터 각각을 통해 제1 및 제2 에너지 스토리지 시스템에 의해 전기 부하에 병렬로 전력공급(powering)하는 것을 포함하는 정상 동작 모드로 동작시키는 단계; 및
제2 에너지 스토리지 시스템과 제1 및 제2 DC-to-DC 컨버터 중 임의의 것에서 고장이 검출될 때, 바이패스를 통해 제1 에너지 스토리지 시스템에 의해 전기 부하에 전력공급하며 제2 에너지 스토리지 시스템을 전기 부하로부터 연결해제하는 것을 포함하는, 고장 방지 모드로 에너지 스트로지 시스템을 동작시키는 단계를 포함하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 에너지 스토리지 시스템과 에너지 관리 및 제어 방법에 의하면, 메인(main) 에너지 스토리지 시스템과 전기 부하 사이에 레인지 익스텐더가 제공되고, 상이한 작업 환경에서 러닝할 수 있게 하기 위한 전기 부하의 다양한 파워 요구를 만족시키기 위해, 차량 구동 시스템과 같은, 하나 이상의 보조 에너지 스토리지 시스템이, 전기 부하를 위한 에너지를 공급하기 위해, 추가될 수 있다. 또한, 이러한 방식은 전체 시스템의 하드웨어 또는 소프트웨어를 크게 변경할 필요가 없다. 또한, 에너지 스토리지 시스템은, 레인지 익스텐더가 고장나는 경우에도 전기 부하가 여전히 정상적으로 동작할 수 있게 하여 안정성(security)을 향상시키기 위해, 전기 부하가 파워를 소비하고, 레인지 익스텐더가 고장하면 즉시 작업을 중단할 수 있는 문제를 해결한다.
전체 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 컴포넌트를 나타내는 도면을 참조하면, 이하의 상세한 설명에 의해 본 발명의 특징들, 양태들, 및 장점들이 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 에너지 스토리지 시스템의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 에너지 스토리지 시스템의 하나의 특정 실시형태의 개략적인 회로 다이어그램이고, 도 2는 정상 동작 모드에서의 에너지 스토리지 시스템의 상태를 나타내고, 도 3은 고장 방지 모드에서의 에너지 스토리지 시스템의 상태를 나타낸다.
도 4는 에너지 스토리지 시스템을 사용하여 전기 부하에 파워를 공급하기 위한 방법의 플로우 차트를 나타낸다.
도 5는 도 2 및 도 3에 도시된 상이한 작업 모드에서의 에너지 스토리지 시스템의 키 파형 그래프(key waveform graph)를 나타낸다.
본 발명에 의해 청구되는 주제(subject matter)를 통상의 기술자가 정확하게 이해하는 것을 돕기 위해, 본 발명의 실시형태의 상세한 설명이 이하의 참조 도면을 참조하여 주어질 것이다. 본 실시형태에 대한 이하의 상세한 설명에서, 불필요한 세부사항에 의해 본 발명의 개시가 영향을 받는 것을 회피하기 위해, 상세한 설명에 의해 세부사항에서 몇가지 알려진 기능 또는 구조는 개시되지 않을 것이다.
다르게 규정되지 않으면, 청구범위와 상세한 설명에서 사용되는 기술적 또는 과학적 용어들은 본 개시에 속하는 통상의 기술자 중 하나에 의해 공통으로 이해되는 것을 의미한다. 상세한 설명과 청구범위에서의 "제1", "제2" 등의 용어는 임의의 시간적 순서, 양, 또는 중요도를 의미하지 않고, 상이한 컴포넌트를 구별하기 위해서만 사용되는 것이다. "a", "an" 등의 용어는 양의 한정을 나타내지 않고 적어도 하나의 존재를 나타낸다. "포함하다", "포함함", "내포하다", "내포함" 등의 용어는 "포함하다", "포함함", "내포하다", "내포함"의 앞의 엘리먼트 또는 오브젝트(object)가 "포함하다", "포함함", "내포하다", "내포함"에 후속하여 예시되는 엘리먼트 또는 오브젝트와 그 등가물을 커버하고, 다른 엘리먼트 또는 오브젝트를 배제하지 않는 것을 의미한다. "연결된", 또는 "접속된" 등의 용어는 물리적 또는 기계적으로 접속되는 것에 한정되지 않고 직접적인 것이나 간접적인 것과 상관없이 전기적 접속을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태 중 일 양태는 전기 차량, 스마트 파워 그리드, 마이크로그리드, 태양 에너지, 풍력 등의 분야에 적용될 수 있는 전기 부하에 파워를 공급하기 위한 에너지 스토리지 시스템에 관한 것이다. 에너지 스토리지 시스템은, 전기 부하에 파워를 공급하기 위한 제1 에너지 스토리지 시스템, 및 전기 부하에 보조 파워를 공급하기 위한 레인지 익스텐더 시스템을 포함한다. 레인지 익스텐더 시스템은, 적어도 하나의 제2 에너지 스토리지 시스템을 포함하고, DC-to-DC 컨버터 및 고장이 발생할 때 전기 부하가 정상적으로 동작하는 것을 보장할 수 있는 DC-to-DC 컨버터와 병렬인 바이패스를 더 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 에너지 스토리지 시스템의 개략적인 블록 다이어그램을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 에너지 스토리지 시스템(100)은 전기 부하(160)에 파워를 공급하기 위한 제1 에너지 스토리지 시스템(110) 및 제1 에너지 스토리지 시스템(110)과 전기 부하(160) 사이의 레인지 익스텐더(120)를 포함한다. 특히, 레인지 익스텐더(120)는 제2 에너지 스토리지 시스템(220), 제1 DC-to-DC 컨버터(212), 제2 DC-to-DC 컨버터(222), 및 제1 DC-to-DC 컨버터(212)와 병렬인 바이패스(230)을 포함한다.
제1 에너지 스토리지 시스템(110) 및 제2 에너지 스토리지 시스템(220)은 각각 제1 DC-to-DC 컨버터(212) 및 제2 DC-to-DC 컨버터(222)를 통해 전기 부하(160)에 선택적으로 연결된다. 제1 DC-to-DC 컨버터(212)와 제2 DC-to-DC 컨버터(222)도 서로 연결된다. 특히, 제1 DC-to-DC 컨버터(212)의 일측(one side)은 제1 에너지 스토리지 시스템(110)에 연결되고, 제1 DC-to-DC 컨버터(212)의 타측(other side)은 제2 DC-to-DC 컨버터(222)와 전기 부하(160) 사이의 노드를 통해 제2 DC-to-DC 컨버터(222)와 전기 부하(160)에 연결되고, 제2 DC-to-DC 컨버터(222)의 일측은 제2 에너지 스토리지 시스템(220)에 연결되고, 제2 DC-to-DC 컨버터(222)의 타측은 제1 DC-to-DC 컨버터(212)와 전기 부하(160) 사이의 노드를 통해 제1 DC-to-DC 컨버터(212) 및 전기 부하(160)에 연결된다. 제1 스위치 디바이스(214)는 제1 에너지 스토리지 시스템(11)과 제1 DC-to-DC 컨버터(212) 사이에 접속되고, 제2 스위치 디바이스(224)는 제2 에너지 스토리지 시스템(220)과 제2 DC-to-DC 컨버터(222) 사이에 접속된다.
제1 에너지 스토리지 시스템(111)은 제1 DC-to-DC 컨버터(212)와 병렬인 바이패스(230)에 의해 제1 DC-to-DC 컨버터(212)에 의해 패싱없이 제2 DC-to-DC 컨버터(222)와 전기 부하(160) 사이의 노드에 연결될 수 있고, 이에 따라 제2 DC-to-DC 컨버터(222)를 통해 제2 에너지 스토리지 시스템(222)에 제1 에너지 스토리지 시스템(110)이 연결되거나 전기 부하(160)에 제1 에너지 스토리지 시스템(110)이 직접 연결된다. 도 1에 도시된 특정 실시형태에서, 바이패스(230)는 제1 에너지 스토리지 시스템(110)과 제1 DC-to-DC 컨버터(212) 사이의 제1 노드(236) 및 제1 및 제2 DC-to-DC 컨버터(212 및 222)와 전기 부하(160) 사이의 제2 노드(238)와 접속된다. 바이패스(230)는 스위치 디바이스(제3 스위치 디바이스)(234)를 포함할 수 있다. 바이패스(230)의 저항은 컨버터(212 또는 222)에 비해 무시될 수 있다. 제1 특정 실시형태에서, 바이패스(230)는 더 큰 저항의 다른 엘리먼트없이 스위치 디바이스(234)만을 포함한다. 이렇게 하여, 바이패스(230)를 통해 제1 에너지 스토리지 시스템(110)에 의해 제2 에너지 스토리지 시스템(220)이 충전되면 에너지 손실이 최소화될 수 있다.
에너지 스토리지 시스템(100)은, 정상 동작 모드와 고장 방지 모드 중 적어도 하나에서 작동하기 위해, 에너지 스토리지 시스템(110 및 220)을 제어하는데 사용되는 컨트롤러(150), 컨버터(212 및 222) 및 바이패스(230)를 더 포함한다. 정상 동작 모드에서, 제1 및 제2 에너지 스토리지 시스템(110 및 220)은 각각 제1 및 제2 DC-to-DC 컨버터(212 및 222)를 통해 전기 부하(160)에 병렬 연결된다. 제2 에너지 스토리지 시스템(220), 제1 DC-to-DC 컨버터(212), 및 제2 DC-to-DC 컨버터(222) 중 임의의 것에서 고장이 검출되면, 고장 방지 모드가 개시되어,
직접적으로 제1 에너지 스토리지 시스템(110)에 의해 전기 부하(160)에만 전력공급하면서, 제2 에너지 스토리지 시스템(222), 제1 DC-to-DC 컨버터(212), 및 제2 DC-to-DC 컨버터(222)를 디스에이블링(disabling)할 수 있다. 고장 방지 모드에서, 제1 에너지 스토리지 시스템(110)은 바이패스(230)를 통해 전기 부하(160)에 연결되고, 제2 에너지 스토리지 시스템(220)은 전기 부하(160)로부터 연결해제된다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 실시형태에서의 에너지 스토리지 시스템(100)의 제1 특정 실시형태의 개략적인 회로 다이어그램을 나타내고, 도 2는 정상 동작 모드에서의 상태를 나타내고, 도 3은 고장 방지 모드에서의 상태를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 정상 동작 모드에서, 제1 및 제2 스위치 디바이스(214 및 224)가 폐쇄되고, 제3 스위치 디바이스(234)가 개방되고, 전기 부하(160)에 파워를 공급하기 위해, 제1 및 제2 에너지 스토리지 시스템(110 및 220)은 각각 제1 및 제2 DC-to-DC 컨버터(212 및 222)를 통해 전기 부하(160)에 연결된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 고장 방지 모드에서, 제1 및 제2 스위치 디바이스(214 및 224)가 개방되고, 제3 스위치 디바이스(234)가 폐쇄되고, 제1 에너지 스토리지 시스템(110)은 전기 부하(160)에 파워를 공급하기 위해 제1 DC-to-DC 컨버터(212)가 아닌 바이패스(230)를 통해 전기 부하(160)에 연결되고, 제2 에너지 스토리지 시스템은 전기 부하(160)에 파워를 공급하지 않기 위해 전기 부하(160)로부터 연결해제된다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시된 특정 실시형태에서, 에너지 스토리지 시스템(100)은 제1 에너지 스토리지 시스템(110)과 병렬인 커패시터(240) 및 에너지 스토리지 시스템(100)의 출력 전압을 안정시키기 위한 제2 에너지 스토리지 시스템(220)을 더 포함한다.
여기에 개시된 제1 에너지 스토리지 시스템은 고 에너지 배터리(납 축전지 등), 엔진 제너레이터, 연료 전지, 광전 인버터 파워 서플라이(photovoltaic inverter power supply) 등의 고에너지 밀도 스토리지 시스템이 될 수 있다. 여기에 개시된 제2 에너지 스토리지 시스템은 울트라-커패시터 등의 하이 파워 스토리지 시스템(high power storage system)이 될 수 있다. 여기에 개시된 스위치 디바이스는 임의의 형태의 스위치 또는 임의의 스위치 엘리먼트의 조합이 될 수 있다. 여기에 개시된 DC-to-DC 컨버터는, PWM(Pulse Width Modulation) 모듈, 에러 증폭기 모듈(error amplifier module), 비교기 모듈(comparator module) 등의 몇가지 기능 모듈을 일반적으로 포함하는, 일정 DC 전압을 가변 DC 전압으로 변환하는데 사용되는 전압 컨버터를 나타낸다.
각 실시형태의 에너지 스토리지 시스템에서의 레인지 익스텐더는 제2 에너지 스토리지 시스템에 추가하여 하나 이상의 병렬 에너지 스토리지 시스템을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 일부 실시형태에서, 레인지 익스텐더는 제3 DC-to-DC 컨버터를 통해 전기 부하에 선택적으로 연결되는 제3 에너지 스토리지 시스템을 더 포함할 수 있다. 제3 에너지 스토리지 시스템은 연료 전지, 광전 인버터 파워 서플라이, 엔진 제너레이터, 또는 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 실시형태의 다른 양태는, 에너지 스토리지 시스템을 사용하여 전기 부하에 파워를 공급하기 위한 에너지 관리 및 제어 방법에 관한 것이다. 제1 특정 실시형태에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 방법은 이하의 단계를 포함한다.
단계 S1에서, 제1 에너지 스토리지 시스템, 제1 DC-to-DC 컨버터, 제1 DC-to-DC 컨버터에 병렬인 바이패스, 제2 에너지 스토리지 시스템, 및 제2 DC-to-DC 컨버터를 포함하는 에너지 스토리지 시스템을, 제1 및 제2 DC-to-DC 컨버터 각각을 통해 제1 및 제2 에너지 스토리지 시스템에 의해 전기 부하에 병렬로 전력공급(powering)하는 것을 포함하는 정상 동작 모드로 동작시킨다.
단계 S2에서, 제2 에너지 스토리지 시스템과 제1 및 제2 DC-to-DC 컨버터 중 임의의 것에서 고장이 검출될 때, 바이패스를 통해 제1 에너지 스토리지 시스템에 의해 전기 부하에 전력공급하며 제2 에너지 스토리지 시스템을 전기 부하로부터 연결해제하는 것을 포함하는, 고장 방지 모드로 에너지 스트로지 시스템을 동작시킨다.
일부 실시형태에서, 단계 S1에서는, 제1 및 제2 에너지 스토리지 시스템은 각각 전기 부하에 평균 파워 및 동적 파워를 공급한다.
일부 실시형태에서, 단계 S2에서는, 고장이 검출되면, 바이패스를 통해 제1 에너지 스토리지 시스템에 의해 전기 부하가 전력공급된 후의 기간(period)에, 전기 부하로부터 제2 에너지 스토리지 시스템을 연결해제한다.
일부 실시형태에서, 에너지 스토리지 시스템은, 제1 에너지 스토리지 시스템과 제1 DC-to-DC 컨버터 사이의 제1 스위치 디바이스; 제2 에너지 스토리지 시스템과 제2 DC-to-DC 컨버터 사이의 제2 스위치 디바이스; 및 바이패스 내의 제3 스위치 디바이스를 더 포함하고, 단계 S1에서, 제1 및 제2 스위치 디바이스는 폐쇄되고, 제3 스위치 디바이스는 개방되며, 단계 S2에서, 제1 및 제2 스위치 디바이스는 개방되고, 제3 스위치 디바이스는 폐쇄된다. 일부 특정 실시형태에서는, 단계 S2에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 고장이 검출되면, 제3 스위치 디바이스가 폐쇄된 후의 기간(T1)에 제1 및 제2 스위치 디바이스를 개방한다. 일부 특정 실시형태에서는, 상기 방법은, 고장이 제거하는 단계; 제1 및 제2 스위치 디바이스를 폐쇄하는 단계; 및 제1 및 제2 스위치 디바이스가 폐쇄된 후의 기간(T2)에 제3 스위치 디바이스를 개방하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 동작들에 의해, 레인지 익스텐더가 고장나더라도 전기 부하가 동작할 수 있도록 보장하기 위해, 제어 단계들 사이의 리던던시(redundancy)가 향상될 수 있고, 이에 따라 안정성이 향상된다.
에너지 관리 및 제어 방법에 사용되는 상기 실시형태에서의 임의의 에너지 스토리지 시스템은 여기에 상세히 반복적으로 개시되지 않을 것이다.
본 발명의 실시형태에 의해 제공되는 에너지 스토리지 시스템과 에너지 관리 및 제어 방법에서, 상이한 작업 환경에서의 러닝을 가능하게 하기 위한 전기 부하의 다양한 파워 요구를 만족시키기 위해, 차량 구동 시스템 등의 전기 부하를 위한 에너지를 공급하기 위한 하나 이상의 보조 에너지 스토리지 시스템을 추가하는 레인지 익스텐더가 메인 에너지 스토리지 시스템과 전기 부하 사이에 제공된다. 이러한 방식은 전체 시스템의 하드웨어 또는 소프트웨어를 크게 변경할 필요가 없다. 또한, 에너지 스토리지 시스템은, 레인지 익스텐더가 고장나는 경우에도 전기 부하가 정상적으로 동작할 수 있게 하여 안정성(security)을 향상시키기 위해, 전기 부하가 파워를 소비하고, 레인지 익스텐더가 고장하면 즉시 작업을 중단할 수 있는 문제를 해결한다.
특정 실시형태와의 조합으로 본 발명을 상세히 설명했지만, 본 발명에 대한 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것을 통상의 기술자는 이해해야 한다. 따라서, 청구 범위의 목적은 본 발명의 진정한 개념 및 범위 내에 있는 이러한 모든 수정 및 변형을 커버하는 것으로 인식되어야 한다.

Claims (10)

  1. 에너지 스토리지 시스템에 있어서,
    제1 에너지 스토리지 시스템;
    상기 제1 에너지 스토리지 시스템과 전기 부하 사이의 레인지 익스텐더(range extender); 및
    상기 제1 에너지 스토리지 시스템과 상기 레인지 익스텐더를, 정상 동작 모드와 고장 방지 모드 중 적어도 하나에서 작업하게 제어하도록 구성되는 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 레인지 익스텐더는,
    상기 제1 에너지 스토리지 시스템과 상기 전기 부하 사이에 선택적으로 연결되는 제1 DC-to-DC 컨버터;
    제2 에너지 스토리지 시스템;
    상기 제1 DC-to-DC 컨버터의 출력측과 상기 전기 부하의 입력측 중 적어도 하나와, 상기 제2 에너지 스토리지 시스템의 사이에 선택적으로 연결되는 제2 DC-to-DC 컨버터; 및
    상기 제1 DC-to-DC 컨버터의 출력측, 상기 제2 DC-to-DC 컨버터의 출력측, 및 상기 전기 부하의 입력측 중 적어도 하나와, 상기 제1 에너지 스토리지 시스템의 사이에 선택적으로 연결되는 바이패스(by-pass)
    를 포함하며,
    상기 정상 동작 모드에서, 상기 제1 에너지 스토리지 시스템과 상기 제2 에너지 스토리지 시스템은 각각 상기 제1 DC-to-DC 컨버터와 상기 제2 DC-to-DC 컨버터를 통해 상기 전기 부하에 병렬로 연결되고,
    상기 고장 방지 모드에서, 상기 제1 에너지 스토리지 시스템은 상기 바이패스를 통해 상기 전기 부하에 연결되고, 상기 제2 에너지 스토리지 시스템은 상기 전기 부하로부터 연결해제되는 것인,
    에너지 스토리지 시스템.
  2. 방법에 있어서,
    제1 에너지 스토리지 시스템, 제1 DC-to-DC 컨버터, 상기 제1 DC-to-DC 컨버터에 병렬인 바이패스(by-pass), 제2 에너지 스토리지 시스템, 및 제2 DC-to-DC 컨버터를 포함하는 에너지 스토리지 시스템을, 상기 제1 DC-to-DC 컨버터와 상기 제2 DC-to-DC 컨버터 각각을 통해 상기 제1 에너지 스토리지 시스템과 상기 제2 에너지 스토리지 시스템에 의해 전기 부하에 병렬로 전력공급(powering)하는 것을 포함하는, 정상 동작 모드에서 동작시키는 단계; 및
    상기 제2 에너지 스토리지 시스템과 상기 제1 DC-to-DC 컨버터 및 상기 제2 DC-to-DC 컨버터 중 임의의 것에서 고장이 검출되는 경우, 상기 바이패스를 통해 상기 제1 에너지 스토리지 시스템에 의해 상기 전기 부하에 전력공급하고, 상기 전기 부하로부터 상기 제2 에너지 스토리지 시스템을 연결해제하는 것을 포함하는, 고장 방지 모드로 상기 에너지 스토리지 시스템을 동작시키는 단계
    를 포함하는,
    방법.
  3. 제2항에 있어서,
    고장을 검출하면, 상기 바이패스를 통해 상기 제1 에너지 스토리지 시스템에 의해 상기 전기 부하에 전력공급된 후의 기간에 상기 전기 부하로부터 상기 제2 에너지 스토리지 시스템을 연결해제하는 단계를 포함하는,
    방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에너지 스토리지 시스템은,
    상기 제1 에너지 스토리지 시스템과 상기 제1 DC-to-DC 컨버터 사이의 제1 스위치 디바이스;
    상기 제2 에너지 스토리지 시스템과 상기 제2 DC-to-DC 컨버터 사이의 제2 스위치 디바이스; 및
    상기 바이패스 내의 제3 스위치 디바이스
    를 더 포함하고,
    상기 정상 동작 모드에서, 상기 제1 스위치 디바이스와 상기 제2 스위치 디바이스는 폐쇄되고, 상기 제3 스위치 디바이스는 개방되며,
    상기 고장 방지 모드에서, 상기 제1 스위치 디바이스와 상기 제2 스위치 디바이스는 개방되고, 상기 제3 스위치 디바이스는 폐쇄되는 것인,
    에너지 스토리지 시스템 또는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    고장이 검출되면, 상기 제3 스위치 디바이스가 폐쇄된 후의 기간에 상기 제1 스위치 디바이스와 상기 제2 스위치 디바이스를 개방하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고장을 제거하는 단계;
    상기 제1 스위치 디바이스와 상기 제2 스위치 디바이스를 폐쇄하는 단계; 및
    상기 제1 스위치 디바이스와 상기 제2 스위치 디바이스가 폐쇄된 후의 기간에 상기 제3 스위치 디바이스를 개방하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정상 동작 모드에서, 상기 제1 에너지 스토리지 시스템과 상기 제2 에너지 스토리지 시스템은 각각 평균 파워와 동적 파워를 공급하는 것인,
    에너지 스토리지 시스템 또는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바이패스는, 상기 제1 에너지 스토리지 시스템과 상기 제1 DC-to-DC 컨버터 사이의 제1 포인트와, 상기 제1 및 제2 DC-to-DC 컨버터와 상기 전기 부하 사이의 제2 포인트를 링크(link)하는 것인,
    에너지 스토리지 시스템 또는 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바이패스는 스위치 디바이스를 포함하는 것인,
    에너지 스토리지 시스템 또는 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 에너지 스토리지 시스템은 배터리와 엔진 제너레이터 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 에너지 스토리지 시스템은 울트라-커패시터(ultra-capacitor)를 포함하는 것인,
    에너지 스토리지 시스템 또는 방법.
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