KR20220095259A - Energy storage system - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an energy storage system, which achieves high power conversion efficiency, comprising: a low-voltage battery bank; a high-voltage battery bank; a battery bank enclosure; a DC-DC converter; a DC-BUS charger/discharger; a high-voltage DC-AC inverter; an AC charger/discharger; a low-voltage DC-AC inverter; an output switching unit; a power density measuring unit; and a power control unit.

Description

에너지 저장 시스템{ENERGY STORAGE SYSTEM}energy storage system

본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 재생 에너지원을 이용하여 무정전 전원 공급 장치의 기능을 수행하면서도, 높은 전력 변환 효율을 달성하고, 제조 비용 및 설비 사이즈를 감소시킬 수 있는 다수의 재생 에너지원을 이용한 하이브리드 에너지 저장 시스템에 관한 것으로서 배터리의 화재 위험성을 방지하고 신뢰성을 확보하기 위한 냉각구조를 갖는 배터리 뱅크를 시스템 내부에 별도의 함체로 장착한 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an energy storage system, and more particularly, to achieve high power conversion efficiency and reduce manufacturing cost and equipment size while performing the function of an uninterruptible power supply using a plurality of renewable energy sources. To a hybrid energy storage system using a plurality of renewable energy sources, and to an energy storage system in which a battery bank having a cooling structure for preventing a fire risk of a battery and securing reliability is mounted as a separate enclosure inside the system.

일반적으로 에너지 저장 시스템(Energy storage system)은 태양, 바람, 물, 지열 등을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 신재생에너지의 발전시스템에서 생산된 전력을 저장하여 외부 계통(Grid)으로 공급하거나, 통신과 산업 및 상업용 시설물에 설치되어 외부 계통으로부터 공급된 전원을 저장하여 공급하기 위한 장치이다.In general, an energy storage system stores electric power produced in a power generation system of new and renewable energy that produces electric energy using the sun, wind, water, geothermal heat, etc. and supplies it to an external grid or communication It is installed in industrial and commercial facilities and is a device to store and supply power supplied from an external system.

또한, 신재생에너지를 생산하는 발전시스템은 자연 에너지의 무공해성, 무한정성에 힘입어 지구 환경 문제와 미래 에너지원의 다각화 대책으로서 선진 각국에서 활발히 연구 개발이 진행되고 있다.In addition, the power generation system that produces new and renewable energy is being actively researched and developed in advanced countries as a measure for global environmental issues and diversification of future energy sources thanks to the pollution-free and indefinite nature of natural energy.

특히, 우리나라는 자원이 부족하기 때문에 대체에너지의 개발이 절대적으로 필요하며, 특히 환경오염을 방지하기 위한 친환경적 에너지 개발이 필요하다. 이를 위해 태양광 발전시스템의 개발이 활성화되고 있다.In particular, since Korea lacks resources, it is absolutely necessary to develop alternative energy, and in particular, it is necessary to develop eco-friendly energy to prevent environmental pollution. For this purpose, the development of solar power generation system is active.

기존의 에너지 저장 시스템의 경우, 시스템 설계에 있어 양산형 전압, 예컨대, 9V, 12V, 24V, 48V의 배터리 뱅크 설계와, 전력 변환 효율을 높이기 위한 주문 제작형 고전압, 예를 들어 고전압인 400~900V 배터리 뱅크를 설계하는 방식으로 나뉜다.In the case of an existing energy storage system, in the system design, a battery bank design of a mass-produced voltage, for example, 9V, 12V, 24V, 48V, and a custom-made high voltage, for example, a high voltage 400~900V battery to increase power conversion efficiency There are different ways to design a bank.

배터리 뱅크의 전압에 따라 DC-BUS 전압이 생성이 되며, DC-BUS 전압을 기준으로 전력 변환 장치(PCS : Power Conversion System)의 일부분인 태양광 발전(Photovoltaic)용 DC-DC 컨버터의 출력 전압, 즉 태양광 발전을 이용한 배터리의 충전 전압과, 풍력 전력 등과 같은 AC 재생 에너지원으로부터 배터리 뱅크를 충전하기 위한 AC-DC 컨버터, 배터리의 방전 전압인 DC-AC 인버터의 입력 전압을 DCBUS 전압과 동일하게 설정하여야 한다. 이 때, 복수의 재생 에너지원에 대한 1차 전력 변환이 안정적으로 이루어져야 에너지 저장 시스템의 안정성을 확보할 수 있다.DC-BUS voltage is generated according to the voltage of the battery bank. Based on the DC-BUS voltage, the output voltage of the DC-DC converter for photovoltaic, which is a part of the Power Conversion System (PCS), That is, the charging voltage of the battery using solar power, the input voltage of the AC-DC converter for charging the battery bank from an AC renewable energy source such as wind power, and the DC-AC inverter, which is the discharge voltage of the battery, are the same as the DCBUS voltage. should be set In this case, the stability of the energy storage system can be secured only when the primary power conversion for the plurality of renewable energy sources is stably performed.

그런데, 기존의 에너지 저장 시스템, 예컨대 한국등록특허 제10-1997535호에 개시된 '무인 독립형 마이크로그리드 시스템'은 양산형 전압이나 주문 제작형 고전압 배터리 뱅크를 함께 사용하면서도, 부하로 공급되는 전압과 무관하게 단일의 양방향 전력 변환 장치를 사용함에 따라, 불필요한 전력 손실, 제품 사이즈의 증가 등의 문제점을 야기하였다.However, the existing energy storage system, for example, the 'unmanned independent microgrid system' disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1997535 uses a mass-produced voltage or a custom-made high-voltage battery bank together, and uses a single device regardless of the voltage supplied to the load. In accordance with the use of the bidirectional power conversion device, it causes problems such as unnecessary power loss and increase in product size.

또한 기존의 옥외용 에너지 저장 시스템은 별도의 독립 건축물 형태를 가지며 그 내부에 항온항습 장치를 구비하여 배터리 뱅크의 온도상승에 따른 폭발과 화재 위험성을 방지하고 배터리 출력을 일정하게 유지하도록 사용하고 있다. 그러나 100kWh 이하의 소형 에너지 저장 시스템의 경우에는 별도의 독립형 건축물 형태를 갖지 않고 옥외용 함체를 항온항습 장치가 없는 상태에서 실내 또는 실외에 설치하여 사용하고 있어 내부에 장착된 배터리 뱅크의 온도상승에 대하여 무방비 상태로 노출되어 있다.In addition, the existing outdoor energy storage system has a separate independent building type, and a constant temperature and humidity device is provided therein to prevent explosion and fire risk due to the temperature rise of the battery bank and to keep the battery output constant. However, in the case of a small energy storage system of 100 kWh or less, it does not have a separate independent structure and is installed indoors or outdoors in the absence of a constant temperature and humidity device. exposed state.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 다수의 재생 에너지원을 이용하여 무정전 전원 공급 장치의 기능을 수행하면서도, 높은 전력 변환 효율을 달성하고, 제조 비용 및 설비 사이즈를 감소시킬 수 있는 다수의 재생 에너지원을 이용한 하이브리드 에너지 저장 시스템을 제공할 뿐 만 아니라, 배터리의 화재 위험성을 방지하고 신뢰성을 확보하기 위한 냉각구조를 갖는 배터리 뱅크를 시스템 내부에 별도의 함체로 장착한 에너지 저장 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the above problems, and while performing the function of an uninterruptible power supply using a plurality of renewable energy sources, achieve high power conversion efficiency, and reduce manufacturing cost and equipment size In addition to providing a hybrid energy storage system using multiple renewable energy sources that can An object of the present invention is to provide a storage system.

상기 목적은 본 발명에 따라, 다수의 재생 에너지원을 이용한 하이브리드 에너지 저장 시스템에 있어서, 저전압을 출력하는 저전압 배터리 뱅크와, DC-BUS 전압을 출력하는 고전압 배터리 뱅크와, According to the present invention, in a hybrid energy storage system using a plurality of renewable energy sources, a low voltage battery bank outputting a low voltage, a high voltage battery bank outputting a DC-BUS voltage,

상기 배터리 뱅크를 구성하는 각 배터리 팩의 냉각 효율을 높이기 위하여 배터리 팩을 일정 간격으로 이격하는 구조를 가지고 시스템 내부에 별도로 장착된 배터리 뱅크 함체와,In order to increase the cooling efficiency of each battery pack constituting the battery bank, the battery bank housing is separately mounted in the system having a structure in which the battery packs are spaced apart at regular intervals;

DC 재생 에너지원으로부터 생성된 DC 전압을 승압하여 DC-BUS 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터와, 상기 DC-DC 컨버터로부터의 DC-BUS 전압을 이용하여 상기 고전압 배터리 뱅크를 충전하고, 상기 고전압 배터리 뱅크가 DC-BUS 전압을 방전하도록 제어하는 DC-BUS 충방전기와, A DC-DC converter that boosts a DC voltage generated from a DC renewable energy source to convert it into a DC-BUS voltage, and charges the high-voltage battery bank using the DC-BUS voltage from the DC-DC converter, and the high-voltage battery A DC-BUS charger and discharger that controls the bank to discharge the DC-BUS voltage,

상기 DC-DC 컨버터 또는 상기 고전압 배터리 뱅크로부터의 DC-BUS 전압을 교류로 변환하여 부하 측으로 공급하는 고압 DC-AC 인버터와, AC 재생 에너지원으로부터 생성된 AC 전압을 이용하여 상기 저전압 배터리 뱅크를 충전하고, 상기 저전압 배터리 뱅크가 기 설정된 전압 레벨의 양산형 DC 전압을 방전하도록 제어하는 AC 충방전기와, 상기 저전압 배터리로부터의 양산형 DC 전압을 교류로 변환하여 부하 측으로 공급하는 저압 DC-AC 인버터와, 상기 고압 DC-AC 인버터와 상기 저압 DC-AC 인버터로 중 어느 하나의 교류 전원을 선택적으로 부하에 공급하는 출력 스위칭부와, A high-voltage DC-AC inverter that converts the DC-BUS voltage from the DC-DC converter or the high-voltage battery bank into AC and supplies it to the load side, and the low-voltage battery bank using an AC voltage generated from an AC renewable energy source and an AC charger/discharger for controlling the low voltage battery bank to discharge a mass-produced DC voltage of a preset voltage level, and a low-voltage DC-AC inverter that converts the mass-produced DC voltage from the low-voltage battery into alternating current and supplies it to the load; an output switching unit for selectively supplying any one of the high voltage DC-AC inverter and the low voltage DC-AC inverter to the load;

상기 부하 측에서 요구되는 교류 전원의 전력 밀도를 측정하는 전력 밀도 측정부와, 상기 전력 밀도 측정부에 의해 측정된 전력 밀도에 따라 상기 출력 스위칭부를 제어하는 전력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 재생 에너지원을 이용한 하이브리드 에너지 저장 시스템에 의해서 달성된다.A plurality of power density measuring units for measuring the power density of the AC power required by the load side, and a power control unit for controlling the output switching unit according to the power density measured by the power density measuring unit This is achieved by a hybrid energy storage system using a renewable energy source.

여기서 상기 배터리 뱅크는 각각 상부로 층층이 쌓아올려진 다수의 배터리 팩으로 구성되되 각 배터리 팩은 일정 간격으로 이격하여 공기의 흐름을 유도하는 통로가 되어 각 배터리 팩의 냉각 효율을 높이는 선반형 함체(enclosure) 구조를 가지며 시스템 내부에 별도로 장착된 배터리 뱅크 함체로 구성된다.Here, the battery bank is composed of a plurality of battery packs stacked on top of each other, and each battery pack is spaced apart at regular intervals to form a passage for inducing air flow, thereby increasing the cooling efficiency of each battery pack. ) structure and is composed of a battery bank enclosure separately mounted inside the system.

또한 상기 전력 밀도 측정부는 상기 부하 측으로 유입되는 전류 값을 측정하는 전류 감지부와, 상기 출력 스위칭부의 출력 측의 온도를 측정하는 온도 감지부를 포함하며; 상기 전력 밀도 측정부는 상기 전류값 및 상기 온도에 기초하여 상기 전력 밀도를 측정할 수 있다.In addition, the power density measuring unit includes a current sensing unit for measuring the value of the current flowing into the load, and a temperature sensing unit for measuring the temperature of the output side of the output switching unit; The power density measuring unit may measure the power density based on the current value and the temperature.

또한, 상기 전력 제어부는 상기 전력 밀도 측정부에 의해 측정된 전력 밀도가 기 설정된 기준치 이상인 경우 상기 저압 DC-AC 인버터의 출력이 상기 부하에 공급되도록 상기 출력 스위칭부를 제어하고, 상기 전력 밀도 측정부에 의해 측정된 전력 밀도가 상기 기준치 미만인 경우 상기 고압 DC-AC 인버터의 출력이 상기 부하에 공급되도록 상기 출력 스위칭부를 제어할 수 있다.In addition, the power control unit controls the output switching unit so that the output of the low voltage DC-AC inverter is supplied to the load when the power density measured by the power density measurement unit is equal to or greater than a preset reference value, and the power density measurement unit When the measured power density is less than the reference value, the output switching unit may be controlled so that the output of the high-voltage DC-AC inverter is supplied to the load.

그리고, 상기 DC-DC 컨버터는 최대 전력점 추종에 따라 상기 DC 재생 에너지원으로부터 생성된 DC 전압을 승압시킬 수 있다.In addition, the DC-DC converter may boost the DC voltage generated from the DC renewable energy source according to the maximum power point tracking.

또한, 상기 저전압 배터리 뱅크로부터 방전되는 양산형 DC 전압은 48 V 또는 64 V일 수 있다.In addition, the mass-produced DC voltage discharged from the low voltage battery bank may be 48 V or 64 V.

상기와 같은 구성에 따라, 본 발명에 따르면, 다수의 재생 에너지원을 이용하여 무정전 전원 공급 장치의 기능을 수행하면서도, 높은 전력 변환 효율을 달성하고, 제조 비용 및 설비 사이즈를 감소시킬 수 있는 다수의 재생 에너지원을 이용한 하이브리드 에너지 저장 시스템을 제공할 뿐 만 아니라, 배터리의 화재 위험성을 방지하고 신뢰성을 확보하기 위한 냉각구조를 갖는 배터리 뱅크를 시스템 내부에 별도의 함체로 장착한 에너지 저장 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.According to the above configuration, according to the present invention, while performing the function of the uninterruptible power supply using a plurality of renewable energy sources, high power conversion efficiency, a number of Not only to provide a hybrid energy storage system using a renewable energy source, but also to provide an energy storage system in which a battery bank with a cooling structure to prevent a fire risk of a battery and secure reliability is mounted as a separate enclosure inside the system. There is a purpose.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 별도의 독립 건축물 형태를 가지는 기존의 옥외용 에너지 저장 시스템의 내부에 장착된 항온항습 장치 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 내부에 별도의 함체 형태로 장착된 배터리 뱅크의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템과 기존의 에너지 저장 시스템을 비교한 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the configuration of a constant temperature and humidity device mounted inside an existing outdoor energy storage system having a separate independent building type.
3 is a view showing the configuration of a battery bank mounted in the form of a separate enclosure inside the energy storage system according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram comparing an energy storage system according to an embodiment of the present invention and an existing energy storage system.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다수의 재생 에너지원을 이용한 하이브리드 에너지 저장 시스템(10)의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a hybrid energy storage system 10 using a plurality of renewable energy sources according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 에너지 저장 시스템(10)은 전력 변환 장치(100) 및 전력 제어부(200)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a hybrid energy storage system 10 according to an embodiment of the present invention includes a power conversion device 100 and a power control unit 200 .

전력 변환 장치(100)는 다수의 재생 에너지원에서 생산 전력을 이용하여 전력을 저장하고, 저장된 전력을 부하(50)에 공급한다. 본 발명에 따른 재생 에너지원은 DC 전압을 생성하는 DC 재생 에너지원과, AC 전압을 생성하는 AC 재생 에너지원을 포함하며, DC 재생 에너지원은 태양열 발전(PV)을 포함하고, AC 재생 에너지원은 디젤 발전기(32), 풍력 발전기(33)를 포함하는 것을 예로 한다. 또한, 본 발명에 따른 전력 변환 장치(100)는 상용 전원(34)을 사용할 수 있다.The power conversion device 100 stores power by using power generated from a plurality of renewable energy sources, and supplies the stored power to the load 50 . The renewable energy source according to the present invention includes a DC renewable energy source that generates a DC voltage, and an AC renewable energy source that generates an AC voltage, wherein the DC renewable energy source includes solar power (PV), and an AC renewable energy source For example, including a diesel generator 32 and a wind generator 33 . Also, the power conversion device 100 according to the present invention may use a commercial power source 34 .

본 발명에 따른 전력 변환 장치(100)는 저전압 배터리 뱅크(111), 고전압 배터리 뱅크(112), DC-DC 컨버터(120), DC-BUS 충방전기(132), 고압 DC-AC 인버터(142), AC 충방전기(131), 저압 DC-AC 인버터(141), 출력 스위칭부(150), 및 전력 밀도 측정부(160)를 포함할 수 있다.The power conversion device 100 according to the present invention includes a low voltage battery bank 111 , a high voltage battery bank 112 , a DC-DC converter 120 , a DC-BUS charger/discharger 132 , and a high-voltage DC-AC inverter 142 . , an AC charger/discharger 131 , a low-voltage DC-AC inverter 141 , an output switching unit 150 , and a power density measurement unit 160 .

저전압 배터리 뱅크(111)는 저전압을 출력하고, 고전압 배터리 뱅크(112)는 DC-BUS 전압을 출력한다.The low voltage battery bank 111 outputs a low voltage, and the high voltage battery bank 112 outputs a DC-BUS voltage.

[0029]배터리 뱅크는 각각 상부로 층층이 쌓아올려진 다수의 배터리 팩으로 구성되되 각 배터리 팩은 상하 5센티미터 이내의 일정 간격으로 이격하여 선반형 함체에 탑재되며 함체의 일단면에는 다수의 전동팬을 부착한다. 일정 간격으로 이격한 공간은 함체의 일단면에서 반대편 일단면으로 공기의 흐름을 유도하는 통로가 되어 전동팬의 작동시 배터리 팩의 냉각 효율을 높이는 기능을 하며, 항온항습 장치가 없는 100kWh 이하의 에너지 저장 시스템 내부에 별도로 장착된 배터리 뱅크 함체의 화재 위험성을 방지하고 신뢰성을 확보하기 위한 역할을 한다.The battery bank consists of a plurality of battery packs stacked on top of each other, and each battery pack is mounted on a shelf-type enclosure spaced apart at regular intervals within 5 centimeters above and below, and a plurality of electric fans are installed on one side of the enclosure. attach The space spaced apart at regular intervals serves as a passage for inducing air flow from one end of the enclosure to the other end, which increases the cooling efficiency of the battery pack when the electric fan is operating. It serves to prevent the risk of fire in the battery bank enclosure separately mounted inside the storage system and to secure reliability.

DC-DC 컨버터(120)는 DC 재생 에너지원으로부터 생성된 DC 전압을 승압하여 DC-BUS 전압으로 변환시킨다. 여기서, 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터(120)는 최대 전력점 추종에 따라 상기 DC 재생 에너지원으로부터 생성된 DC 전압을 승압시켜 DC-BUS 전압을 생성하는 것을 예로 한다.The DC-DC converter 120 boosts the DC voltage generated from the DC renewable energy source and converts it into a DC-BUS voltage. Here, the DC-DC converter 120 according to the present invention boosts the DC voltage generated from the DC renewable energy source according to the maximum power point tracking to generate the DC-BUS voltage.

DC-BUS 충방전기(132)는 DC-DC 컨버터(120)로부터의 DC-BUS 전압을 이용하여 고전압 배터리 뱅크(112)를 충전하고, 고전압 배터리 뱅크(112)가 DC-BUS 전압을 방전하도록 제어한다. 본 발명에서는 DC-BUS 전압은 주문생산형 전압으로 본 발명에서는 400~600V의 범위 내인 것을 예로 한다.The DC-BUS charger 132 charges the high voltage battery bank 112 using the DC-BUS voltage from the DC-DC converter 120 and controls the high voltage battery bank 112 to discharge the DC-BUS voltage. do. In the present invention, the DC-BUS voltage is a custom-made voltage, and in the present invention, it is exemplified that it is within the range of 400 to 600V.

고압 DC-AC 인버터(142)는 DC-DC 컨버터(120) 또는 고전압 배터리 뱅크(112)로부터의 DC-BUS 전압을 교류로 변환하여 부하(50) 측으로 공급한다.The high voltage DC-AC inverter 142 converts the DC-BUS voltage from the DC-DC converter 120 or the high voltage battery bank 112 into AC and supplies it to the load 50 .

한편, AC 충방전기(131)는 AC 재생 에너지원으로부터 생성된 AC 전압을 이용하여 저전압 배터리 뱅크(111)를 충전하고, 저전압 배터리 뱅크(111)가 기 설정된 전압 레벨의 양산형 DC 전압을 방전하도록 제어한다. 본 발명에서는 저전압 배터리 뱅크(111)로부터 방전되는 양산형 DC 전압이 48 V 또는 64 V인 것을 예로 하는데, 이에 국한되지 않음은 물론이다.Meanwhile, the AC charger/discharger 131 charges the low-voltage battery bank 111 using an AC voltage generated from an AC renewable energy source, and controls the low-voltage battery bank 111 to discharge a mass-produced DC voltage of a preset voltage level. do. In the present invention, the mass-produced DC voltage discharged from the low voltage battery bank 111 is exemplified as 48 V or 64 V, but the present invention is not limited thereto.

여기서, AC 충방전기(131)는 다수의 AC 재생 에너지원으로부터 공급되는 교류 전원을 이용하는데, 전력 제어부(200)는 절환 장치(170)의 제어를 통해 AC 충방전기(131)로 공급되는 교류 전원의 공급원을 스위칭하게 된다.Here, the AC charger/discharger 131 uses AC power supplied from a plurality of AC renewable energy sources, and the power control unit 200 controls AC power supplied to the AC charger/discharger 131 through the control of the switching device 170 . will switch the supply of

저압 DC-AC 인버터(141)는 저전압 배터리로부터의 양산형 DC 전압을 교류로 변환하여 부하(50) 측에 공급한다.The low-voltage DC-AC inverter 141 converts the mass-produced DC voltage from the low-voltage battery into AC and supplies it to the load 50 .

출력 스위칭부(150)는 전력 제어부(200)의 제어에 따라 고압 DC-AC 인버터(142)와 저압 DC-AC 인버터(141) 중 어느 하나의 교류 전원을 선택적으로 부하(50)에 공급시킨다.The output switching unit 150 selectively supplies the AC power of any one of the high voltage DC-AC inverter 142 and the low voltage DC-AC inverter 141 to the load 50 under the control of the power control unit 200 .

전력 밀도 측정부(160)는 부하(50) 측에서 요구되는 교류 전원의 전력 밀도를 측정한다. 그리고, 전력 제어부(200)는 전력 밀도 측정부(160)에 의해 측정된 전력 밀도에 따라 출력 스위칭부(150)를 제어함으로써, 부하(50) 측에서 요구되는 교류 전원의 전력 밀도에 따라 고전압 또는 저전압의 전력을 부하(50)에 선택적으로 공급하게 된다.The power density measuring unit 160 measures the power density of the AC power required from the load 50 side. And, by controlling the output switching unit 150 according to the power density measured by the power density measuring unit 160, the power control unit 200, a high voltage or depending on the power density of the AC power required from the load 50 side Low voltage power is selectively supplied to the load 50 .

상기와 같은 구성에 따라 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 에너지 저장 시스템(10)의 효과를 설명하면 다음과 같다.The effect of the hybrid energy storage system 10 according to the embodiment of the present invention according to the above configuration will be described as follows.

먼저, 태양광 발전(31)과 같은 DC 재생 에너지원에서 생성된 DC 전압을 DC-DC 컨버터(120)가 최대 전력점 추종에 따라 고압으로 승압함으로써, DC-DC 컨버터(120)의 주요 소자인 저항, 리액턴트, 커패시턴스의 전류 허용 한도를 줄일 수 있으므로, 제품 사이즈 및 비용이 절감될 뿐만 아니라, 고효율의 전력 변환 효율의 달성이 가능하게 된다.First, the DC-DC converter 120 boosts the DC voltage generated from a DC renewable energy source such as the solar power generation 31 to a high voltage according to the maximum power point tracking, so that the main element of the DC-DC converter 120 is Since the current allowable limits of resistors, reactants, and capacitances can be reduced, product size and cost can be reduced, and high-efficiency power conversion efficiency can be achieved.

또한, DC-DC 컨버터(120)로부터 고압 전력을 독립적으로 구성된 DCBUS 충방전기(132)를 통해 고전압 배터리 뱅크(112)에 저장하고, 고전압 배터리 뱅크(112)의 전력을 독립적인 고압 DC-AC 인터버를 통해 부하(50)에 공급하게 되는데, 이 때 고압 DC-AC 인버터(142)의 경우에도 고전압을 입력 전압으로 갖게 되어, 고압 DC-AC 인버터(142)의 설계에 있어 코일의 크기 및 주요 소자의 비용 절감 및 제품 사이즈의 최소화가 구현될 뿐만 아니라, 고효율의 전력 변환이 가능하게 된다.In addition, the high voltage power from the DC-DC converter 120 is stored in the high voltage battery bank 112 through the DCBUS charger 132 configured independently, and the power of the high voltage battery bank 112 is transferred to the independent high voltage DC-AC intermediary. It is supplied to the load 50 through the burr. At this time, the high voltage DC-AC inverter 142 also has a high voltage as an input voltage, so that the size and main factors of the coil in the design of the high voltage DC-AC inverter 142 are In addition to realizing device cost reduction and product size minimization, high-efficiency power conversion is possible.

또한, 풍력 발전기(33)과 같은 AC 재생 에너지원의 경우, 안정성의 확보를 위해 기존에 사용되어온 양산형 배터리 뱅크 시스템인 저전압 배터리 뱅크(111)를 적용함으로써, 시중에 쉽게 구할 수 있는 저전아 빼터리 시스템의 구성이 가능하게 되어, 전력 차단이나 전력 측정 기술을 저비용으로 구성할 수 있는 이점이 있다.In addition, in the case of an AC renewable energy source such as the wind power generator 33, by applying the low-voltage battery bank 111, which is a mass-produced battery bank system, which has been used in the past to ensure stability, low-electricity batteries that are easily available in the market Since the system can be configured, there is an advantage that power cutoff or power measurement technology can be configured at low cost.

그리고, 서로 다른 전압 레벨의 저전압 배터리 뱅크(111)와 고전압 배터리 뱅크(112)에 저장된 전력을 서로 다른 인버터, 즉 저압 DC-AC 인버터(141)와 고압 DC-AC 인버터(142)를 통해 저전압 배터리 뱅크(111) 및 고전압 배터리 뱅크(112) 구성에 따른 이점을 이용하여 재생 에너지원의 전력 및 최종 부하(50)에 공급되는 전력량을 상시 확인하여 다중 재생 에너지원에 대한 전력 변환을 좀 더 효율적으로 최종 부하(50)에 공급할 수 있게 된다.In addition, the power stored in the low voltage battery bank 111 and the high voltage battery bank 112 of different voltage levels is transferred to the low voltage battery through different inverters, that is, the low voltage DC-AC inverter 141 and the high voltage DC-AC inverter 142 . By using the advantages according to the configuration of the bank 111 and the high voltage battery bank 112, the power of the renewable energy source and the amount of power supplied to the final load 50 are checked at all times to more efficiently convert power to multiple renewable energy sources It becomes possible to supply to the final load (50).

또한, 상호 독립적인 배터리 뱅크의 구성과, 독립적인 인버터 설계로 인해 상기의 간은 구성 소자 비용의 절감, 제품 사이즈의 감소 등의 효과와 함께, 부하(50)의 전력 밀도에 따라 배터리 뱅크를 선택적으로 선택함으로써, 부하(50)에 따른 에너지 효율을 높일 수 있는 효과가 제공된다.In addition, the battery bank is selected according to the power density of the load 50 with the effect of reducing the component cost and product size due to the configuration of the mutually independent battery bank and the independent inverter design. By selecting , the effect of increasing the energy efficiency according to the load 50 is provided.

즉, 부하(50)의 전력 밀도가 낮은 경우, 고전압 배터리 뱅크(112)를 사용하여 고전압 저전류 DC-AC 전력 변환 구조를 적용하고, 반면 부하(50)의 전력 밀도가 높은 경우 저전압 고전류 DC-AC 전력 변환 구조를 적용하여 부하(50)에 대한 전류량을 높일 수 있게 된다.That is, when the power density of the load 50 is low, a high voltage low current DC-AC power conversion structure is applied using the high voltage battery bank 112 , whereas when the power density of the load 50 is high, a low voltage high current DC- By applying the AC power conversion structure, it is possible to increase the amount of current for the load 50 .

한편, 본 발명의 실시예에 따른 전력 밀도 측정부(160)는 전류 감지부와 온도 감지부를 포함할 수 있다.Meanwhile, the power density measuring unit 160 according to an embodiment of the present invention may include a current sensing unit and a temperature sensing unit.

전류 감지부는 부하(50) 측으로 유입되는 전류값을 측정한다. 그리고, 온도 감지부는 출력 스위칭부(150)의 출력 측의 온도, 즉 부하(50) 측으로 연결되는 전선, 단자 등의 온도를 측정한다. 이 때, 전력 밀도 측정부(160)는 전류 감지부와 온도 감지부에 의해 감지된 전류값 및 온도에 기초하여 전력 밀도를 측정하게 된다.The current sensing unit measures a current value flowing into the load 50 . In addition, the temperature sensing unit measures the temperature of the output side of the output switching unit 150 , that is, the temperature of wires and terminals connected to the load 50 side. At this time, the power density measuring unit 160 measures the power density based on the current value and the temperature sensed by the current sensing unit and the temperature sensing unit.

옴의 법칙에 따라 저항이 고정된 상태에서 전압이 낮을 경우 전류값이 높아지고, 반대로 전압이 높을 경우 전류값이 낮아진다. 이러한 원리를 이용하여, 전류값이 높을 경우 저전압 배터리 뱅크(111)로부터의 전력을 이용하여 전력 변환 효율이 낮더라도 부하(50)에 연결된 전선의 굵기나 소모 전력 등을 고려하여 안정적인 시스템의 구현이 가능하게 된다. 반면, 전류값이 낮을 경우 고전압 배터리 뱅크(112)를 통해 전력 변환 효율이 높은 시스템의 구현이 가능하게 된다.According to Ohm's law, when the voltage is low while the resistance is fixed, the current value increases, and conversely, when the voltage is high, the current value decreases. Using this principle, when the current value is high, even if the power conversion efficiency is low by using the power from the low-voltage battery bank 111, the implementation of a stable system is it becomes possible On the other hand, when the current value is low, it is possible to implement a system with high power conversion efficiency through the high voltage battery bank 112 .

따라서, 전력 제어부(200)는 전력 밀도 측정부(160)에 의해 측정된 전력 밀도가 기 설정된 기준치 이상인 경우, 저압 DC-AC 인버터(141)의 출력이 부하(50)에 공급되도록 출력 스위칭부(150)를 제어하여 저전압 시스템을 구현시키고, 반면, 전력 밀도가 기준치 이하인 경우 고압 DC-AC 인버터(142)의 출력이 부하(50)에 공급되도록 출력 스위칭부(150)를 제어하여 고전압 시스템을 구현하게 돈다.Therefore, when the power density measured by the power density measuring unit 160 is equal to or greater than a preset reference value, the power control unit 200 may include an output switching unit ( 150) to implement a low voltage system, and on the other hand, when the power density is less than the reference value, the output switching unit 150 is controlled so that the output of the high voltage DC-AC inverter 142 is supplied to the load 50 to implement a high voltage system. turn around

또한, 전력 밀도의 측정에 있어 전력 변환 장치(100)의 최종단, 예를 들어 출력 스위칭부(150)의 출력단의 온도를 반영하여, 온도가 높을 경우 고전압 저전류 시스템으로 전환시켜 전선 및 시스템 과부하에 따른 화재의 발생을 미연에 방지하게 되고, 온도가 적정선에 있을 경우 저전압 고전류 시스템으로 전환하여 안정적인 시스템의 구현이 가능하게 된다.In addition, in the measurement of power density, the temperature of the final stage of the power conversion device 100, for example, the output stage of the output switching unit 150 is reflected, and when the temperature is high, it is switched to a high voltage and low current system to overload the wires and the system It prevents the occurrence of fire in advance, and when the temperature is within the proper range, it is possible to implement a stable system by switching to a low-voltage, high-current system.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.Although several embodiments of the present invention have been shown and described, it will be apparent to those skilled in the art that changes may be made to these embodiments without departing from the spirit or spirit of the invention. . The scope of the invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (6)

다수의 재생 에너지원을 이용한 하이브리드 에너지 저장 시스템에 있어서,
저전압을 출력하는 저전압 배터리 뱅크와,
DC-BUS 전압을 출력하는 고전압 배터리 뱅크와,
상기 배터리 뱅크를 구성하는 각 배터리 팩의 냉각 효율을 높이기 위하여 배터리 팩을 일정 간격으로 이격하는 구조를 가지고 시스템 내부에 별도로 장착된 배터리 뱅크 함체와,
DC 재생 에너지원으로부터 생성된 DC 전압을 승압하여 DC-BUS 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터와,
상기 DC-DC 컨버터로부터의 DC-BUS 전압을 이용하여 상기 고전압 배터리 뱅크를 충전하고, 상기 고전압 배터리 뱅크가 DC-BUS 전압을 방전하도록 제어하는 DC-BUS 충방전기와,
상기 DC-DC 컨버터 또는 상기 고전압 배터리 뱅크로부터의 DC-BUS 전압을 교류로 변환하여 부하 측으로 공급하는 고압 DC-AC 인버터와,
AC 재생 에너지원으로부터 생성된 AC 전압을 이용하여 상기 저전압 배터리 뱅크를 충전하고, 상기 저전압 배터리 뱅크가 기 설정된 전압 레벨의 양산형 DC 전압을 방전하도록 제어하는 AC 충방전기와,
상기 저전압 배터리로부터의 양산형 DC 전압을 교류로 변환하여 부하 측으로 공급하는 저압 DC-AC 인버터와,
상기 고압 DC-AC 인버터와 상기 저압 DC-AC 인버터로 중 어느 하나의 교류 전원을 선택적으로 부하에 공급하는 출력 스위칭부와,
상기 부하 측에서 요구되는 교류 전원의 전력 밀도를 측정하는 전력 밀도 측정부와,
상기 전력 밀도 측정부에 의해 측정된 전력 밀도에 따라 상기 출력 스위칭부를 제어하는 전력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 재생 에너지원을 이용한 하이브리드 에너지 저장 시스템.In the hybrid energy storage system using a plurality of renewable energy sources,
a low voltage battery bank outputting a low voltage;
A high-voltage battery bank that outputs a DC-BUS voltage,
In order to increase the cooling efficiency of each battery pack constituting the battery bank, a battery bank enclosure separately mounted in the system having a structure in which the battery packs are spaced apart at regular intervals;
A DC-DC converter that boosts the DC voltage generated from a DC renewable energy source and converts it to a DC-BUS voltage;
a DC-BUS charger/discharger configured to charge the high voltage battery bank using the DC-BUS voltage from the DC-DC converter and control the high voltage battery bank to discharge the DC-BUS voltage;
a high-voltage DC-AC inverter that converts the DC-BUS voltage from the DC-DC converter or the high-voltage battery bank into AC and supplies it to the load;
An AC charger and discharger for charging the low-voltage battery bank using an AC voltage generated from an AC renewable energy source and controlling the low-voltage battery bank to discharge a mass-produced DC voltage of a preset voltage level;
a low-voltage DC-AC inverter that converts the mass-produced DC voltage from the low-voltage battery into AC and supplies it to the load;
an output switching unit for selectively supplying any one of the AC power to the load to the high-voltage DC-AC inverter and the low-voltage DC-AC inverter;
A power density measuring unit for measuring the power density of the AC power required by the load side;
Hybrid energy storage system using a plurality of renewable energy sources, characterized in that it comprises a power control unit for controlling the output switching unit according to the power density measured by the power density measuring unit. 제1항에 있어서,
상기 배터리 뱅크는
각각 상부로 층층이 쌓아올려진 다수의 배터리 팩으로 구성되되 각 배터리 팩은 일정 간격으로 이격하여 공기의 흐름을 유도하는 통로가 되어 각 배터리 팩의 냉각 효율을 높이는 배터리 뱅크 함체를 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템.According to claim 1,
the battery bank
A hybrid energy storage characterized by a battery bank enclosure that is composed of a plurality of battery packs each stacked on top of each other, and each battery pack is spaced apart at regular intervals to become a passage for inducing air flow to increase the cooling efficiency of each battery pack system. 제1항에 있어서,
상기 전력 밀도 측정부는
상기 부하 측으로 유입되는 전류값을 측정하는 전류 감지부와,
상기 출력 스위칭부의 출력 측의 온도를 측정하는 온도 감지부를 포함하며;
상기 전력 밀도 측정부는 상기 전류값 및 상기 온도에 기초하여 상기 전력 밀도를 측정하는 것을 특징으로 하는 다수의 재생 에너지원을 이용한 하이브리드 에너지 저장 시스템.According to claim 1,
The power density measuring unit
a current sensing unit for measuring the value of the current flowing into the load;
a temperature sensing unit for measuring a temperature of an output side of the output switching unit;
The power density measuring unit hybrid energy storage system using a plurality of renewable energy sources, characterized in that for measuring the power density based on the current value and the temperature. 제1항에 있어서,
상기 전력 제어부는
상기 전력 밀도 측정부에 의해 측정된 전력 밀도가 기 설정된 기준치 이상인 경우 상기 저압 DC-AC 인버터의 출력이 상기 부하에 공급되도록 상기 출력 스위칭부를 제어하고,
상기 전력 밀도 측정부에 의해 측정된 전력 밀도가 상기 기준치 미만인 경우 상기 고압 DC-AC 인버터의 출력이 상기 부하에 공급되도록 상기 출력 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 다수의 재생 에너지원을 이용한 하이브리드 에너지 저장 시스템.According to claim 1,
The power control unit
When the power density measured by the power density measuring unit is equal to or greater than a preset reference value, the output switching unit is controlled so that the output of the low voltage DC-AC inverter is supplied to the load,
Hybrid energy storage using a plurality of renewable energy sources, characterized in that the output switching unit is controlled so that the output of the high voltage DC-AC inverter is supplied to the load when the power density measured by the power density measuring unit is less than the reference value system. 제1항에 있어서,
상기 DC-DC 컨버터는 최대 전력점 추종에 따라 상기 DC 재생 에너지원으로부터 생성된 DC 전압을 승압시키는 것을 특징으로 하는 다수의 재생 에너지원을 이용
한 하이브리드 에너지 저장 시스템.According to claim 1,
The DC-DC converter uses a plurality of renewable energy sources, characterized in that the DC voltage generated from the DC renewable energy source is boosted according to the maximum power point tracking.
A hybrid energy storage system. 제1항에 있어서,
상기 저전압 배터리 뱅크로부터 방전되는 양산형 DC 전압은 48 V 또는 64 V 인 것을 특징으로 하는 다수의 재생 에너지원을 이용한 하이브리드 에너지 저장 시스템.According to claim 1,
A hybrid energy storage system using a plurality of renewable energy sources, characterized in that the mass-produced DC voltage discharged from the low voltage battery bank is 48 V or 64 V.
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