KR20210136955A - Energy harvesting system using more than two kinds of ambient energy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에너지 하베스팅 시스템(energy harvesting system)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 한 개의 주변 에너지원만을 수집하는 것이 아닌 두 개 이상의 주변 에너지원을 이용하여 더 많은 에너지를 수집하고 해당 에너지를 기반으로 전자 장치를 동작시키는 이종 이상의 주변 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an energy harvesting system, and more particularly, to collect more energy using two or more ambient energy sources instead of collecting only one ambient energy source, and It relates to an energy harvesting system using different types of ambient energy for operating an electronic device.
광범위한 분야에서 사물인터넷(IoT) 기술이 확산됨에 초소형/저전력의 IoT 디바이스 시장이 폭발적으로 성장할 것으로 예측되고 있다. 하지만 최근 IoT 디바이스의 배터리 교체나 전원코드 연결 등의 전원 공급 방식의 한계는 IoT 서비스 확산의 걸림돌 중의 하나이다.As Internet of Things (IoT) technology spreads in a wide range of fields, it is predicted that the market for ultra-small/low-power IoT devices will grow explosively. However, the limitation of power supply methods such as battery replacement or power cord connection of IoT devices is one of the obstacles to the spread of IoT services.
IoT 디바이스 전원 공급 기술로 에너지 하베스팅 기술이 주목되고 있으며, 에너지 하베스팅과 IoT 기술의 융합을 통하여, IoT 디바이스의 무전원 구동 기술이나 배터리 사용 시간 확장 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 관련 시장의 요구도 증가하고 있다.Energy harvesting technology is attracting attention as a power supply technology for IoT devices, and through the convergence of energy harvesting and IoT technology, research on powerless driving technology of IoT devices or battery usage time extension technology is being actively conducted, and Demand is also increasing.
대표적인 에너지 하베스팅 에너지원으로는 태양광, 진동, 열, 바람 등이 있으며, 해당 에너지원을 이용하여 동작하는 기기들이 존재한다. 이러한 기존의 에너지 하베스팅 기술은 한정된 환경 내에서 한 가지의 에너지원만을 이용하기 때문에, 해당 에너지의 양이 충분치 않은 환경이면, 활용이 어렵다는 문제점이 있다.Representative energy harvesting energy sources include sunlight, vibration, heat, and wind, and there are devices that operate using the energy source. Since this conventional energy harvesting technology uses only one energy source within a limited environment, there is a problem in that it is difficult to utilize in an environment where the amount of the corresponding energy is insufficient.
따라서 본 발명의 목적은 한 가지 에너지원만을 사용하는 것이 아닌, 두 가지 이상의 주변 에너지원을 이용하여 다양한 환경에서 더 많은 에너지를 수집할 수 있는 이종 이상의 주변 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템을 제공하는 데 있다.Therefore, it is an object of the present invention to provide an energy harvesting system using two or more types of ambient energy that can collect more energy in various environments using two or more ambient energy sources, rather than using only one energy source. have.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 다른 복수의 주변 에너지원에 각각 연결되며, 상기 복수의 주변 에너지원으로부터 에너지를 입력받아 전기에너지로 변환하는 복수의 에너지 변환기; 상기 복수의 에너지 변환기로부터 전기에너지를 전달받아 수집하며, 수집된 전기에너지를 설정된 전력 레벨로 합하는 전기에너지 버퍼; 상기 전기에너지 버퍼로부터 전기에너지를 전달받아 부하가 사용 가능한 전력 레벨의 구동 전력으로 변환하는 정전압 변환기; 및 상기 정전압 변환기로부터 구동 전력을 전달받아 저장하며, 부하로 저장된 구동 전력을 제공하는 전기에너지 저장기;를 포함하는 이종 이상의 주변 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of energy converters each connected to a plurality of different ambient energy sources, receiving energy from the plurality of ambient energy sources and converting them into electrical energy; an electrical energy buffer that receives and collects electrical energy from the plurality of energy converters and sums the collected electrical energy to a set power level; a constant voltage converter that receives electric energy from the electric energy buffer and converts it into driving power of a power level usable by a load; and an electric energy storage device that receives and stores driving power from the constant voltage converter and provides driving power stored as a load.
상기 서로 다른 복수의 주변 에너지원은 태양광, 진동, 열 및 바람으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 적어도 두 개의 주변 에너지원을 포함한다.The plurality of different ambient energy sources include at least two ambient energy sources selected from the group consisting of sunlight, vibration, heat and wind.
상기 전기에너지 버퍼는, 상기 복수의 에너지 변환기를 모두 선택적으로 복수의 버퍼 블록에 각각 연결할 수 있는 제1 스위칭부; 상기 제1 스위칭부에 의해 상기 복수의 에너지 변환기 중 연결되는 에너지 변환기로부터 전기에너지를 전달받아 임시 저장하는 복수의 버퍼 블록; 및 상기 복수의 버퍼 블록을 직렬로 연결하여 상기 복수의 버퍼 블록에 수집된 전기에너지를 설정된 전기에너지 레벨로 합하여 상기 정전압 변환기로 전달하는 제2 스위칭부;를 포함한다.The electric energy buffer may include: a first switching unit capable of selectively connecting all of the plurality of energy converters to a plurality of buffer blocks; a plurality of buffer blocks for receiving and temporarily storing electric energy from an energy converter connected among the plurality of energy converters by the first switching unit; and a second switching unit that connects the plurality of buffer blocks in series to add the electrical energy collected in the plurality of buffer blocks to a set electrical energy level and transfers the electrical energy to the constant voltage converter.
상기 제1 스위칭부는 상기 복수의 에너지 변환기를 각각 상기 복수의 버퍼 블록 중 하나에 연결한다.The first switching unit connects the plurality of energy converters to one of the plurality of buffer blocks, respectively.
상기 제2 스위칭부는 상기 버퍼 블록이 상기 에너지 변환기로부터 전기에너지를 전달받아 저장할 때, 상기 버퍼 블록의 한 쪽 노드를 접지에 연결한다.The second switching unit connects one node of the buffer block to the ground when the buffer block receives and stores electrical energy from the energy converter.
상기 제2 스위칭부는 특정 버퍼 블록이 설정된 개별 전기에너지 레벨까지 전기에너지를 수집하면 해당 버퍼 블록과 에너지 변환기의 연결을 해제하고, 설정된 개별 전기에너지 레벨까지 전기에너지를 수집하지 못하면 연결되지 않은 다른 버퍼 블록과 에너지 변환기를 연결하도록 스위칭한다.The second switching unit releases the connection between the buffer block and the energy converter when the specific buffer block collects electrical energy up to the set individual electrical energy level, and when the electrical energy fails to collect up to the set individual electrical energy level, another buffer block that is not connected and switch to connect the energy converter.
상기 제2 스위칭부는 수집이 완료된 버퍼 블록들의 합산 전기에너지 레벨이 설정된 합산 전기에너지에 도달하면, 상기 수집이 완료된 버퍼 블록들을 직렬로 연결하여 전기에너지를 합한 후 상기 정전압 변환기로 전달한다.When the total electric energy level of the collected buffer blocks reaches the set summed electric energy, the second switching unit connects the collected buffer blocks in series to add the electric energy, and then transfers the collected electric energy to the constant voltage converter.
본 발명은 또한, 복수의 에너지 변환기를 모두 선택적으로 복수의 버퍼 블록에 각각 연결할 수 있는 제1 스위칭부; 상기 제1 스위칭부에 의해 상기 복수의 에너지 변환기 중 연결되는 에너지 변환기로부터 전기에너지를 전달받아 임시 저장하는 상기 복수의 버퍼 블록; 및 상기 복수의 버퍼 블록을 직렬로 연결하여 상기 복수의 버퍼 블록에 수집된 전기에너지를 설정된 전기에너지 레벨로 합하여 정전압 변환기로 전달하는 제2 스위칭부;를 포함하는 이종 이상의 주변 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템용 전기에너지 버퍼를 제공한다.The present invention also includes a first switching unit capable of selectively connecting all of the plurality of energy converters to the plurality of buffer blocks, respectively; the plurality of buffer blocks for receiving and temporarily storing electrical energy from an energy converter connected among the plurality of energy converters by the first switching unit; and a second switching unit that connects the plurality of buffer blocks in series to add the electrical energy collected in the plurality of buffer blocks to a set electrical energy level and transfers it to a constant voltage converter. Provides an electrical energy buffer for the system.
본 발명에 따른 에너지 하베스팅 시스템은 한 개의 에너지원만을 수집하는 것이 아닌 두 개 이상의 주변 에너지원을 이용하여 더 많은 에너지를 수집하고, 해당 에너지를 기반으로 전자 장치를 동작시킬 수 있다.The energy harvesting system according to the present invention may collect more energy using two or more surrounding energy sources instead of collecting only one energy source, and operate an electronic device based on the energy.
본 발명에 따른 에너지 하베스팅 시스템은 각각의 주변 에너지원으로부터 수집한 적은 전기에너지를 합하여 사용 가능한 전기에너지 레벨로 변환한다.The energy harvesting system according to the present invention converts a small amount of electrical energy collected from each surrounding energy source into a usable electrical energy level.
본 발명에 따른 에너지 하베스팅 시스템은 동일 환경 내에서 더 많은 주변 에너지의 수집이 가능하기 때문에, 에너지 하베스팅 기술을 활용하여 동작 가능한 전자 장치의 종류를 확대할 수 있다. 이로 인해 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 시스템을 이용할 경우, 배터리 없이 주변 에너지원을 이용하여 동작 가능한 센서, 기기의 개발에 활용할 수 있다.Since the energy harvesting system according to the present invention can collect more ambient energy in the same environment, it is possible to expand the types of operable electronic devices by utilizing the energy harvesting technology. For this reason, when using the energy harvesting system according to the present invention, it can be utilized in the development of sensors and devices that can operate using a surrounding energy source without a battery.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이종 이상의 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 전기에너지 버퍼의 세부 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 전기에너지 버퍼의 버퍼 블록들에 수집된 전기에너지를 합하는 예를 보여주는 블록도이다.1 is a block diagram showing an energy harvesting system using different types of energy according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the electric energy buffer of FIG. 1 .
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of summing electrical energy collected in buffer blocks of the electrical energy buffer of FIG. 2 .
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.It should be noted that, in the following description, only the parts necessary for understanding the embodiments of the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted in the scope not disturbing the gist of the present invention.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors have appropriate concepts of terms in order to best describe their inventions. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined in Accordingly, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, so various equivalents that can be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be variations and variations.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이종 이상의 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템을 보여주는 블록도이다.1 is a block diagram showing an energy harvesting system using different types of energy according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템(100)은 한 개의 주변 에너지원만을 수집하는 것이 아닌 두 개 이상의 주변 에너지원을 이용하여 더 많은 에너지를 수집하고, 해당 에너지를 기반으로 부하(80; 전자 장치)를 동작시키는 시스템이다.Referring to FIG. 1 , the
이러한 본 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템(100)은 복수의 에너지 변환기(10; Energy Converter), 전기에너지 버퍼(20; Electrical Energy Buffer), 정전압 변환기(60; Constant Voltage Converter) 및 전기에너지 저장기(70; Electrical Energy Storage)를 포함한다. 복수의 에너지 변환기(10)는 서로 다른 복수의 주변 에너지원에 각각 연결되며, 복수의 주변 에너지원으로부터 에너지를 입력받아 전기에너지로 변환한다. 전기에너지 버퍼(20)는 복수의 에너지 변환기(10)로부터 전기에너지를 전달받아 수집하며, 수집된 전기에너지를 설정된 전력 레벨로 합한다. 정전압 변환기(60)는 전기에너지 버퍼(20)로부터 합한 전기에너지를 전달받아 부하(80)가 사용 가능한 전력 레벨의 구동 전력으로 변환한다. 그리고 전기에너지 저장기(70)는 정전압 변환기(60)로부터 구동 전력을 전달받아 저장하며, 부하(80)로 저장된 구동 전력을 제공한다.The
여기서 서로 다른 복수의 주변 에너지원은 제1 내지 제n 주변 에너지원을 포함한다(이하 n은 2 이상의 자연수). 서로 다른 복수의 주변 에너지원은 태양광, 진동, 열, 바람이 될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.Here, the plurality of different ambient energy sources include first to n-th ambient energy sources (hereinafter, n is a natural number equal to or greater than 2). The plurality of different ambient energy sources may be, but are not limited to, sunlight, vibration, heat, and wind.
복수의 에너지 변환기(10)는 서로 다른 복수의 주변 에너지원에 일대일로 연결되며, 각각의 주변 에너지원으로부터 에너지를 입력받아 전기에너지로 변환한다. 복수의 에너지 변환기(10)는 제1 내지 제n 에너지 변환기(11,12,13)를 포함한다. 에너지 변환기(10)가 연결된 주변 에너지원으로부터 입력받은 에너지를 전기에너지로 변환하는 것은 일반적으로 알려진 기술을 이용한다.The plurality of
전기에너지 버퍼(20)는 복수의 에너지 변환기(10)에 의해 변환된 전기에너지를 일시적으로 저장하며, 커패시터와 같은 전기에너지 저장이 가능한 수동 소자를 포함한다. 전기에너지 버퍼(20)는 복수의 에너지 변환기(10)로부터 수집한 전기에너지를 합하여 설정된 전력 레벨로 변환하여 정전압 변환기(60)로 전달한다.The
정전압 변환기(60)는 전기에너지 버퍼(20)에 저장된 전기에너지를 전달받아 부하(80)가 사용 가능한 전력 레벨의 구동 전력으로 변환한다.The
그리고 전기에너지 저장기(70)는 부하(80)가 동작하기 위한 구동 전력을 저장하는 에너지 저장 장치로서, 예컨대 커패시터, 이차전지 등이 사용될 수 있다. 전기에너지 저장기(70)는 저장하고 있는 구동 전력을 부하(80)로 제공한다.In addition, the
이와 같은 본 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템(100)의 동작 원리에 대해서 설명하면 다음과 같다.The operation principle of the
먼저 에너지 변환기(10)가 1개 이상의 주변 에너지원을 입력받아 전기에너지로 변환한다.First, the
다음으로 에너지 변환기(10)에서 변환된 전기에너지는 전기에너지 버퍼(20)에 쌓인다. 이때 주변 환경에 따라 주변 에너지원의 종류 및 세기가 다르기 때문에, 각각의 에너지 변환기(10)에서 변환되어 전기에너지 버퍼(20)에 쌓이는 전기에너지의 양 또한 다르다. 따라서 전기에너지 버퍼(20)는 쌓인 전기에너지를 합산한다.Next, the electrical energy converted by the
보통 전자 장치와 같은 부하(80)의 경우, 동작 가능한 전력 레벨(전압 및 전류 레벨)이 정해져 있기 때문에, 전기에너지 버퍼(20)에 쌓인 전기에너지를 그대로 부하(80)에 사용할 수 없다.In the case of the
따라서 전기에너지 버퍼(20)에 쌓인 전기에너지는 정전압 변환기(60)로 전달되어 부하(80)가 사용할 수 있는 구동 전력, 즉 일정한 전압/전류로 변환하고, 변환한 구동 전력을 정전압 변환기(60)는 전기에너지 저장기(70)에 전달하여 저장한다.Therefore, the electric energy accumulated in the
그리고 전기에너지 저장기(70)는 정전압 변환기(60)로부터 전달받은 구동 전력을 저장하며, 저장된 구동 전력 중에서 부하(80)로 필요로 하는 구동 전력을 제공한다.In addition, the
이와 같은 본 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템(100)의 전기에너지 버퍼(20)에 대해서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 도 1의 전기에너지 버퍼(20)의 세부 구성을 보여주는 블록도이다. 그리고 도 3은 도 2의 버퍼 블록(40)들에 수집된 전기에너지를 합하는 예를 보여주는 블록도이다.The
전기에너지 버퍼(20)는 제1 스위칭부(30), 복수의 버퍼 블록(40) 및 제2 스위칭부(50)를 포함한다. 제1 스위칭부(30)는 복수의 에너지 변환기(10)를 모두 선택적으로 복수의 버퍼 블록(40)에 각각 연결할 수 있다. 복수의 버퍼 블록(40)은 제1 스위칭부(30)에 의해 복수의 에너지 변환기(10) 중 연결되는 에너지 변환기(10)로부터 전기에너지를 전달받아 임시 저장한다. 그리고 제2 스위칭부(50)는 복수의 버퍼 블록(40)을 직렬로 연결하여 복수의 버퍼 블록(40)에 수집된 전기에너지를 설정된 전기에너지 레벨로 합하여 정전압 변환기(60)로 전달한다.The
여기서 EC#1, EC#2,…, EC#N은 각각 제1 내지 제n 에너지 변환기(11,12,13)에서 출력되는 전기에너지를 나타낸다.where EC#1, EC#2,… , EC#N denote electrical energy output from the first to n-
제1 스위칭부(30)는 복수의 에너지 변환기(10)를 각각 복수의 버퍼 블록(40) 중 하나에 연결한다. 이러한 제1 스위칭부(30)는 제1-1 스위칭부(31), 제1-2 스위칭부(32), …, 제1-n 스위칭부(33)를 포함한다.The
제1-1 내지 제1-n 스위칭부(31,32,33)는 각각 제1 내지 제n 에너지 변환기(11,12,13)의 개수에 대응되는 n개의 스위치들을 포함한다.The 1-1 to 1-n-
복수의 버퍼 블록(40)은 제1 내지 제n 버퍼 블록(41.42.43)을 포함한다. 제1 내지 제n 버퍼 블록(41,42,43)은 일단이 제1-1 내지 제1-n 스위치(31,32,33)에 각각 연결된다.The plurality of buffer blocks 40 include first to n-th buffer blocks 41.42.43. One end of the first to n-th buffer blocks 41, 42, and 43 is connected to the 1-1 to 1-n-
그리고 제2 스위칭부(50)는 제1 스위칭부(30)와 연동하여 제1 내지 제n 버퍼 블록(41,42,43)으로 전기에너지를 저장하거나, 저장된 전기에너지를 합하여 정전압 변환기(60)로 전달한다.In addition, the
이러한 제2 스위칭부(50)는 제2-1 스위칭부(51), 제2-2 스위칭부(52),…, 제2-(n-1) 스위칭부(53), 제2-n 스위칭부(54)를 포함한다. 제2-1 스위칭부(51), 제2-2 스위칭부(52), …, 제2-(n-1) 스위칭부(53)는 제1 내지 제n 버퍼 블록(41,42,43) 사이에 각각 설치되고, 제2-n 스위칭부(54)는 제n 버퍼 블록(43)에 연결된다. 제2-1 스위칭부(51), 제2-2 스위칭부(52), …, 제2-(n-1) 스위칭부(53)는 각각 이웃하는 두 개의 버퍼 블록(40)에 각각 연결되는 스위치를 포함한다.The
즉 제1 버퍼 블록(41)은 일단에 제1-1 스위칭부(31)가 연결되며, 타단에 제2-1 스위칭부(51)에 의해 접지 노드 및 직렬 노드 중에 하나에 연결된다.That is, the
제2 버퍼 블록(42)은 일단에 제2-1 스위칭부(51)에 의해 제1-2 스위칭부(32), 직렬 노드 및 연결 노드 중에 하나에 연결된다. 여기서 연결 노드는 정전압 변환기(60)와 연결하는 노드이다. 제2 버퍼 블록(42)은 타단에 제2-2 스위칭부(52)에 의해 접지 노드 및 직렬 노드 중에 하나에 연결된다.The
그리고 제3 버퍼 블록 내지 제n 버퍼 블록(33)은 제2 버퍼 블록(42)과 같은 방식으로 연결된다. 이때 제n 버퍼 블록(43)은 일단이 제2-(n-1) 스위칭부(53)에 연결되고, 타단이 제2-n 스위칭부(54)에 연결된다.In addition, the third buffer block to the
제2 스위칭부(50)는 버퍼 블록(40)이 에너지 변환기(10)로부터 전기에너지를 전달받아 저장할 때, 버퍼 블록(40)의 타단은 접지 노드에 연결한다. 버퍼 블록(40)의 일단은 제1 스위칭부(30) 또는 제2 스위칭부(50)를 통하여 연결되는 에너지 변환기(10)로부터 전기에너지를 전달받아 저장한다.The
제2 스위칭부(50)는 버퍼 블록(40)이 설정된 개별 전기에너지 레벨까지 전기에너지를 수집하면, 해당 버퍼 블록(40)과 연결된 에너지 변환기(10)의 연결을 해제한다. 즉 버퍼 블록(40)에 설정된 전기에너지의 충전이 완료되면, 제2 스위칭부(50)는 충전이 완료된 버퍼 블록(40)과 에너지 변환기(10)의 연결을 차단한다. 복수의 에너지 변환기(10)는 제1 및 제2 스위칭부(30,50)에 의해 충전되지 않은 다른 버퍼 블록(40)으로 스위칭하여 전기에너지를 저장한다.When the
그리고 제2 스위칭부(50)는 수집이 완료된 버퍼 블록(40)들의 합산 전기에너지 레벨이 설정된 합산 전기에너지에 도달하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 수집이 완료된 버퍼 블록(40)들을 직렬로 연결하여 전기에너지를 합한 후 정전압 변환기(60)로 전달한다. 이때 복수의 버퍼 블록(40)에 전기에너지를 설정된 레벨로 전기에너지를 쌓은 후에, 제2 스위칭부(50)가 해당 복수의 버퍼 블록(40)을 직렬로 연결할 때, 최소 한 개의 버퍼 블록(40)은 접지에 연결한다. 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제n 버퍼 블록(41,42,43)을 직렬로 연결할 때, 제1 버퍼 블록(41), 제2 버퍼 블록(42) 내지 제n-1 버퍼 블록의 제2-1 내지 제2-(n-1) 스위칭부(51,52,53)는 접지 노드에서 직렬 노드로 스위칭하여 연결하고, 제n 버퍼 블록(43)의 제2-n 스위칭부(54)는 접지 노드와의 연결 상태를 유지한다.And when the summed electric energy level of the collected buffer blocks 40 reaches the set summed electric energy, the
이때 합산한 전기에너지는 VB 노드를 통해 뒷단의 정전압 변환기(60)로 전달된다. 정전압 변환기(60)가 동작하기 위해서는 특정 전압 레벨 이상으로 전기에너지가 수집되어야 동작이 가능하다. 전기에너지 버퍼(20)는 적은 전기에너지가 수집된 버퍼 블록(40)들을 직렬로 연결하여, 순간 VB 전압을 정전압 변환기(60)가 동작 가능한 레벨까지 상승시켜줄 수 있으며, 이는 각각 수집된 적은 전기에너지를 원하는 전기에너지 레벨까지 올릴 수 있는 방법이다.At this time, the summed electrical energy is transferred to the
한편 본 실시예에서는 제1 내지 제n 버퍼 블록(41,42,43) 모두를 직렬로 전기적으로 연결하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 복수의 버퍼 블록(40) 중 일부 개수의 버퍼 블록(40)만으로 합산 전기에너지 레벨이 설정된 합산 전기에너지에 도달한다면, 해당 개수의 버퍼 블록(40)만을 선택적으로 직렬로 연결할 수 있다.Meanwhile, in the present embodiment, an example of electrically connecting all of the first to nth buffer blocks 41 , 42 , and 43 in series is disclosed, but the present invention is not limited thereto. If the summed electrical energy level reaches the set summed electric energy with only a partial number of the buffer blocks 40 among the plurality of buffer blocks 40 , only the corresponding number of the buffer blocks 40 may be selectively connected in series.
이와 같이 본 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템(100)은 한 개의 에너지원만을 수집하는 것이 아닌 두 개 이상의 주변 에너지원을 이용하여 더 많은 에너지를 수집하고, 해당 에너지를 기반으로 부하(80)를 동작시킬 수 있다.As described above, the
본 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템(100)은 각각의 주변 에너지원으로부터 수집한 적은 전기에너지를 합하여 사용 가능한 전기에너지 레벨로 변환한다.The
그리고 본 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템(100)은 동일 환경 내에서 더 많은 주변 에너지의 수집이 가능하기 때문에, 에너지 하베스팅 기술을 활용하여 동작 가능한 부하(80)의 종류를 확대할 수 있다. 이로 인해 본 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템(100)을 이용할 경우, 배터리 없이 주변 에너지원을 이용하여 동작 가능한 부하(80), 예컨대 센서, 기기의 개발에 활용할 수 있다.In addition, since the
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments disclosed in the present specification and drawings are merely presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.
10 : 에너지 변환기
20 : 전기에너지 버퍼
30 : 제1 스위칭부
31,32,33 : 제1-1 내지 제1-n 단위 스위칭부
40 : 버퍼 블록
41,42,43 : 제1 내지 제n 버퍼 블록
50 : 제2 스위칭부
51,52,53,54 : 제2-1 내지 제2-n 단위 스위칭부
60 : 정전압 변환기
70 : 전기에너지 저장기
80 : 부하
100 : 에너지 하베스팅 시스템10 : energy converter
20: electric energy buffer
30: first switching unit
31, 32, 33: 1-1 to 1-n-th unit switching unit
40 : buffer block
41, 42, 43: first to n-th buffer blocks
50: second switching unit
51,52,53,54: 2-1 to 2-n-th unit switching unit
60: constant voltage converter
70: electrical energy storage
80: load
100: energy harvesting system
Claims (9)
상기 복수의 에너지 변환기로부터 전기에너지를 전달받아 수집하며, 수집된 전기에너지를 설정된 전력 레벨로 합하는 전기에너지 버퍼;
상기 전기에너지 버퍼로부터 전기에너지를 전달받아 부하가 사용 가능한 전력 레벨의 구동 전력으로 변환하는 정전압 변환기; 및
상기 정전압 변환기로부터 구동 전력을 전달받아 저장하며, 부하로 저장된 구동 전력을 제공하는 전기에너지 저장기;를 포함하고,
상기 전기에너지 버퍼는,
상기 복수의 에너지 변환기를 모두 선택적으로 복수의 버퍼 블록에 각각 연결할 수 있는 제1 스위칭부;
상기 제1 스위칭부에 의해 상기 복수의 에너지 변환기 중 연결되는 에너지 변환기로부터 전기에너지를 전달받아 임시 저장하는 복수의 버퍼 블록; 및
상기 복수의 버퍼 블록을 병렬로 연결하여 상기 복수의 버퍼 블록에 수집된 전기에너지를 설정된 전기에너지 레벨로 합하여 상기 정전압 변환기로 전달하는 제2 스위칭부;
를 포함하는 이종 이상의 주변 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템.a plurality of energy converters connected to a plurality of different ambient energy sources, respectively, receiving energy from the plurality of ambient energy sources and converting them into electrical energy;
an electrical energy buffer that receives and collects electrical energy from the plurality of energy converters and sums the collected electrical energy to a set power level;
a constant voltage converter that receives electric energy from the electric energy buffer and converts it into driving power of a power level usable by a load; and
and an electric energy storage unit that receives and stores driving power from the constant voltage converter and provides driving power stored as a load;
The electrical energy buffer,
a first switching unit capable of selectively connecting all of the plurality of energy converters to a plurality of buffer blocks;
a plurality of buffer blocks for receiving and temporarily storing electric energy from an energy converter connected among the plurality of energy converters by the first switching unit; and
a second switching unit connecting the plurality of buffer blocks in parallel to add the electrical energy collected in the plurality of buffer blocks to a set electrical energy level and transferring the combined electrical energy to the constant voltage converter;
Energy harvesting system using more than heterogeneous ambient energy comprising a.
상기 서로 다른 복수의 주변 에너지원은 태양광, 진동, 열 및 바람으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 적어도 두 개의 주변 에너지원을 포함하는 이종 이상의 주변 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템.According to claim 1,
The plurality of different ambient energy sources include at least two ambient energy sources selected from the group consisting of sunlight, vibration, heat and wind. An energy harvesting system using more than one type of ambient energy.
상기 제2 스위칭부는 상기 복수의 버퍼 블록을 일부는 병렬로 연결하고 나머지는 직렬로 연결하여 상기 복수의 버퍼 블록에 수집된 전기에너지를 설정된 전기에너지 레벨로 합하여 상기 정전압 변환기로 전달하는 이종 이상의 주변 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템.According to claim 1,
The second switching unit connects some of the plurality of buffer blocks in parallel and connects the rest in series, summing the electrical energy collected in the plurality of buffer blocks to a set electrical energy level and transferring different kinds of ambient energy to the constant voltage converter energy harvesting system using
상기 제1 스위칭부는 상기 복수의 에너지 변환기를 각각 상기 복수의 버퍼 블록 중 하나에 연결하는 이종 이상의 주변 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템.According to claim 1,
The first switching unit is an energy harvesting system using different types of ambient energy for connecting the plurality of energy converters to one of the plurality of buffer blocks, respectively.
상기 제2 스위칭부는 상기 버퍼 블록이 상기 에너지 변환기로부터 전기에너지를 전달받아 저장할 때, 상기 버퍼 블록의 한 쪽 노드를 접지에 연결시키는 이종 이상의 주변 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템.5. The method of claim 4,
The second switching unit connects one node of the buffer block to the ground when the buffer block receives and stores the electrical energy from the energy converter.
상기 제2 스위칭부는 특정 버퍼 블록이 설정된 개별 전기에너지 레벨까지 전기에너지를 수집하면 해당 버퍼 블록과 에너지 변환기의 연결을 해제하고, 설정된 개별 전기에너지 레벨까지 전기에너지를 수집하지 못하면 연결되지 않은 다른 버퍼 블록과 에너지 변환기를 연결하도록 스위칭하는 이종 이상의 주변 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템.6. The method of claim 5,
The second switching unit releases the connection between the buffer block and the energy converter when the specific buffer block collects electrical energy up to the set individual electrical energy level, and when the electrical energy fails to collect up to the set individual electrical energy level, another buffer block that is not connected Energy harvesting system using heterogeneous ambient energy that switches to connect the energy converter and the energy converter.
상기 제2 스위칭부는 수집이 완료된 버퍼 블록들의 합산 전기에너지 레벨이 설정된 합산 전기에너지에 도달하면, 상기 수집이 완료된 버퍼 블록들을 병렬로 연결하여 전기에너지를 합한 후 상기 정전압 변환기로 전달하는 이종 이상의 주변 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템.7. The method of claim 6,
When the summed electrical energy level of the collected buffer blocks reaches the set summed electrical energy, the second switching unit connects the collected buffer blocks in parallel to combine the electrical energy and then transfers the different types of ambient energy to the constant voltage converter energy harvesting system using
상기 제2 스위칭부는 수집이 완료된 버퍼 블록들의 합산 전기에너지 레벨이 설정된 합산 전기에너지에 도달하면, 상기 수집이 완료된 버퍼 블록들을 병렬로 연결하고 나머지는 직렬로 연결하여 전기에너지를 합한 후 상기 정전압 변환기로 전달하는 이종 이상의 주변 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템.7. The method of claim 6,
When the total electric energy level of the collected buffer blocks reaches the set summed electric energy, the second switching unit connects the collected buffer blocks in parallel and connects the rest in series to add the electric energy to the constant voltage converter. An energy harvesting system that uses more than one type of ambient energy to transmit.
상기 제1 스위칭부에 의해 상기 복수의 에너지 변환기 중 연결되는 에너지 변환기로부터 전기에너지를 전달받아 임시 저장하는 상기 복수의 버퍼 블록; 및
상기 복수의 버퍼 블록을 병렬로 연결하여 상기 복수의 버퍼 블록에 수집된 전기에너지를 설정된 전기에너지 레벨로 합하여 정전압 변환기로 전달하는 제2 스위칭부;
를 포함하는 이종 이상의 주변 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템용 전기에너지 버퍼.a first switching unit capable of selectively connecting all of the plurality of energy converters to the plurality of buffer blocks;
the plurality of buffer blocks for receiving and temporarily storing electrical energy from an energy converter connected among the plurality of energy converters by the first switching unit; and
a second switching unit connecting the plurality of buffer blocks in parallel to add the electrical energy collected in the plurality of buffer blocks to a set electrical energy level and transferring the combined electrical energy to the constant voltage converter;
An electrical energy buffer for an energy harvesting system using more than one type of ambient energy comprising a.
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