KR20230010415A - 배터리와 슈퍼 커패시터 셀을 포함하는 에너지 저장 시스템 - Google Patents

배터리와 슈퍼 커패시터 셀을 포함하는 에너지 저장 시스템 Download PDF

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Abstract

배터리와 슈퍼 커패시터 셀을 포함하는 에너지 저장 시스템이 제공된다. 상기 에너지 저장 시스템은 배터리, 상기 배터리의 양극 단자와 제1 노드 사이에 연결되며, 상기 에너지 저장 시스템의 동작 모드에 따라 충전 또는 방전되는 슈퍼 커패시터 셀, 인덕터를 포함하고, 부하의 동작 조건에 대응하는 동작 모드로서 상기 슈퍼 커패시터 셀이 동작하도록 상기 인덕터의 전류를 제어하는 컨버팅 회로 및 동작 모드에 관한 제어 신호를 상기 컨버팅 회로로 입력하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

배터리와 슈퍼 커패시터 셀을 포함하는 에너지 저장 시스템{ENERGY STORAGE SYSTEM COMPRISING BATTERY AND SUPER CAPACITOR CELL}
이하의 설명은 배터리와 슈퍼 커패시터 셀을 포함하는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 전기 자전거 또는 전기 자동차 등과 같은 부하의 동작 조건에 따라 슈퍼 커패시터 셀의 충전 또는 방전 등의 동작 모드를 제어함으로써 부하의 동작을 지원하는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
전기 자동차 등에 연결되는 배터리는 최대 허용 전력(예. 100kW)이 제한되어 최대 출력 전류 역시 제한될 필요가 있다. 특히, 연료 전지의 경우에는 단방향의 방전 전류만이 허용된다는 제한이 존재한다. 따라서, 전기 자동차 등에는 슈퍼 커패시터 셀과 같은 소자를 이용하여 평상 시에는 배터리가 공급하는 전류를 충전해뒀다가 부하에 최대 전류가 필요한 경우에는 배터리에서 출력되는 전류 외에도 슈퍼 커패시터 셀에서 공급되는 전류를 부하로 함께 공급할 필요가 존재한다.
구체적으로, 슈퍼 커패시터 셀은 부하의 급격한 가속이나 회생 제동 시에 부하 전력과 배터리 최대 전력의 차이를 보충하게된다. 다만, 슈퍼 커패시터 셀의 최대 출력 전압이 높아지기 위해서는 셀 내의 직렬 연결되는 커패시터의 개수가 늘어날 필요성이 존재하며, 직렬 연결되는 커패시터의 개수가 많아지면서 용량 만족을 위한 병렬 연결 개수 또한 함께 증가하게 된다. 위와 같은 회로 설계에 의해 슈퍼 커패시터 셀의 부피 및 원가 증가가 야기되며, 이는 전기 자동차 또는 전기 자전거 자체의 부피 및 원가 증가로 이어지는 문제점이 존재한다.
도 1a를 참고하면, 종래 전기 자동차 등에 연결되는 에너지 저장 시스템이 도시된다. 종래 방식은 슈퍼 커패시터 셀이 인버터의 직류 링크 단자(= 부스트 컨버터의 출력 단자)에 위치하게 되므로, 슈퍼 커패시터 셀의 양단 전압이 300V 이상에서 800V 이하로 형성된다. 따라서, 종래 방식은 슈퍼 커패시터 셀의 최대 출력 전압이 800V 가까이 되므로 슈퍼 커패시터 셀 내의 직렬 연결된 커패시터의 개수가 증가하게 된다. 직렬 연결된 커패시터의 개수가 증가하면서, 필요한 커패시턴스 용량을 만족시키려면 병렬 연결되는 커패시터의 개수 또한 함께 증가하게 된다. 또한, 슈퍼 커패시터 셀의 최소 전압은 300V 정도로 슈퍼 커패시터 셀 내에 저장된 에너지를 완전히 사용하지 못한다는 한계가 존재한다. 또한, 초기 충전 시의 돌입 전류 방지를 위한 더미 저항 rSTART와 스위치 SSTART에 의한 부피 증가의 문제점도 존재한다.
도 1b를 참고하면, 종래의 배터리, 슈퍼 커패시터 셀 및 컨버팅 회로의 다양한 조합 방식이 도시된다. 도 1c에서 설명된 본 실시 예의 에너지 저장 시스템과의 주요 특성을 비교 정리하면 아래의 표 1과 같다.
대상 회로 컨버터 개수 배터리 전압 슈퍼 커패시터 셀 전압 비고
(1) 0 High High 배터리, 슈퍼 커패시터 셀 전압 및 부피 큼 / 배터리 전류 제어 불가
(2) 1 Low High 슈퍼 커패시터 셀 부피 큼 / 돌입전류 방지회로 필수
(3) 1 High Low 배터리 전압 및 부피 큼
(4) 2 Low Low 컨버터 부피 큼
도 1c:제안 방식 1 Low Low 슈퍼 커패시터 셀, 배터리, 컨버터 부피 작음
이하에서는 월등한 부피 및 무게 저감 효과를 갖는 에너지 저장 시스템의 기술적 특징이 설명된다.
대한민국 등록특허 제10-1835742호(2018.03.07) 대한민국 등록특허 제10-1210424호(2012.12.04)
일 측면에 따르면, 배터리와 슈퍼 커패시터 셀을 포함하는 에너지 저장 시스템이 제공된다. 상기 에너지 저장 시스템은 배터리, 상기 배터리의 양극 단자와 제1 노드 사이에 연결되며, 상기 에너지 저장 시스템의 동작 모드에 따라 충전 또는 방전되는 슈퍼 커패시터 셀, 인덕터를 포함하고, 부하의 동작 조건에 대응하는 동작 모드로서 상기 슈퍼 커패시터 셀이 동작하도록 상기 인덕터의 전류를 제어하는 컨버팅 회로 및 동작 모드에 관한 제어 신호를 상기 컨버팅 회로로 입력하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 컨버팅 회로는 상기 배터리의 양극 단자와 제2 노드 사이에 연결되는 인덕터, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결되는 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 노드와 제3 노드 사이에 연결되는 제2 스위칭 회로를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 스위칭 회로로 상기 제어 신호를 전달할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 에너지 저장 시스템이 제1 동작 모드로 동작하는 경우, 상기 제어부는 상기 슈퍼 커패시터 셀의 양 단의 전압이 미리 설정된 제1 전압값을 추종하도록 하는 정전압(CV: constant voltage) 제어 및 상기 배터리의 양극 단자에서 상기 제2 노드로 흐르는 상기 인덕터 전류가 제1 전류값 IL,ref1을 추종하도록 하는 정전류(CC: constant current) 제어를 수행할 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전압값은 상기 부하에 연결되는 인버터의 최대 허용 전압의 크기에서 상기 배터리의 직류 전압의 크기를 차감한 차이값으로 결정될 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전류값 IL,ref1은 수학식 4에 의해 결정되고, 상기 수학식 4은
Figure pat00001
이고, 상기 수학식 4에서 IFC,max는 상기 배터리의 최대 허용 전류의 크기이고, VFC(t)는 제1 시점에서의 상기 배터리 양 단의 전압값, VSC(t)는 상기 제1 시점에서의 상기 슈퍼 커패시터 셀의 양 단의 전압값, ILOAD(t)는 상기 제1 시점에서 상기 부하로 입력되는 전류의 크기일 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 에너지 저장 시스템의 제1 동작 모드에서, 상기 제어부는 상기 제어 신호를 상기 제2 스위칭 회로로 입력함으로써 상기 컨버팅 회로가 부스트 컨버터로 동작하도록 지원할 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 에너지 저장 시스템이 제2 동작 모드로 동작하는 경우, 상기 제어부는 상기 제2 노드에서 상기 배터리의 양극 단자로 흐르는 상기 인덕터 전류가 제2 전류값 IL,ref2을 추종하도록 하는 정전류(CC: constant current) 제어를 수행할 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전류값 IL,ref2은 수학식 9에 의해 결정될 수 있다. 상기 수학식 9는
Figure pat00002
이고, 상기 수학식 9에서 IFC,max는 상기 배터리의 최대 허용 전류의 크기이고, VFC(t)는 제2 시점에서의 상기 배터리 양 단의 전압값, VSC(t)는 상기 제2 시점에서의 상기 슈퍼 커패시터 셀의 양 단의 전압값, ILOAD(t)는 상기 제2 시점에서 상기 부하로 입력되는 전류의 크기일 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 에너지 저장 시스템의 제2 동작 모드에서, 상기 제어부는 상기 제어 신호를 상기 제1 스위칭 회로로 입력함으로써 상기 스위칭 회로가 벅 컨버터로 동작하도록 지원할 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 슈퍼 커패시터 셀의 커패시턴스 용량 CSC은 수학식 5에 기반하여 계산되고, 상기 수학식 5는
Figure pat00003
이고, 상기 수학식 5에서, PLOAD,max는 상기 제2 동작 모드 내에서 부하에서 소비되는 최대 전력을 나타내고, PFC,max는 상기 배터리에서 공급 가능한 최대 전력을 나타내고, T1은 상기 제2 동작 모드의 시작 시점, T2는 상기 제2 동작 모드의 종료 시점, VSC,max는 슈퍼 커패시터 셀의 최대 출력 전압을 나타낼 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 에너지 저장 시스템이 제3 동작 모드로 동작하는 경우, 상기 제어부는 상기 배터리의 양극 단자에서 상기 제2 노드로 흐르는 상기 인덕터 전류가 제3 전류값 IL,ref3을 추종하도록 하는 정전류(CC: constant current) 제어를 수행할 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 제3 전류값 IL,ref3은 수학식 12에 의해 결정되고, 상기 수학식 12는
Figure pat00004
이고, VFC(t)는 제3 시점에서의 상기 배터리 양 단의 전압값, VSC(t)는 상기 제3 시점에서의 상기 슈퍼 커패시터 셀의 양 단의 전압값, ILOAD(t)는 상기 제3 시점에서 상기 부하로 입력되는 전류의 크기일 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 에너지 저장 시스템의 제3 동작 모드에서, 상기 제어부는 상기 제어 신호를 상기 제2 스위칭 회로로 입력함으로써 상기 컨버팅 회로가 벅 컨버터로 동작하도록 지원할 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 에너지 저장 시스템이 연결된 부하의 각속도와 이전 동작 모드에 기반하여 복수의 동작 모드 중 하나를 선택하여 상기 인덕터의 전류를 제어할 수 있다.
본 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은 배터리와 슈퍼 커패시터 셀에 연결되는 하나의 컨버팅 회로가 각각의 동작 모드에 따라 부스트 컨버터 또는 벅 컨버터로 동작하면서, 컨버팅 회로에 소요되는 부피 및 원가를 절감하는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예의 설명에 이용되기 위하여 첨부된 아래 도면들은 본 발명의 실시 예들 중 단지 일부일 뿐이며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람(이하 "통상의 기술자"라 함)에게 있어서는 발명에 이르는 추가 노력 없이 이 도면들에 기초하여 다른 도면들이 얻어질 수 있다.
도 1a는 종래에 활용되는 에너지 저장 시스템을 설명하는 회로도이다.
도 1b는 종래의 배터리, 슈퍼 커패시터 셀 및 컨버팅 회로의 다양한 조합 방식을 설명하는 예시도이다.
도 1c는 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 설명하는 회로도이다.
도 1d는 도 1c에 도시된 에너지 저장 시스템의 동작 모드를 설명하기 위한 주요 파라미터들의 그래프이다.
도 2는 제1 동작 모드에서의 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 회로도이다.
도 3a 내지 도 3c는 제1 동작 모드에서 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 주요 파라미터들의 시간에 따른 그래프이다.
도 4는 제2 동작 모드에서의 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 회로도이다.
도 5a 내지 도 5c는 제2 동작 모드에서 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 주요 파라미터들의 시간에 따른 그래프이다.
도 6은 제3 동작 모드에서의 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 회로도이다.
도 7a 내지 도 7c는 제3 동작 모드에서 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 주요 파라미터들의 시간에 따른 그래프이다.
도 8은 제4 동작 모드에서의 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 회로도이다.
도 9a 내지 도 9c는 제4 동작 모드에서 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 주요 파라미터들의 시간에 따른 그래프이다.
도 10은 다른 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 설명하는 회로도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명의 목적들, 기술적 해법들 및 장점들을 분명하게 하기 위하여 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 통상의 기술자가 본 발명을 실시할 수 있도록 상세히 설명된다.
본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐, '포함하다'라는 단어 및 그 변형은 다른 기술적 특징들, 부가물들, 구성요소들 또는 단계들을 제외하는 것으로 의도된 것이 아니다. 또한, '하나' 또는 '한'은 하나 이상의 의미로 쓰인 것이며, '또 다른'은 적어도 두 번째 이상으로 한정된다.
또한, 본 발명의 '제1', '제2' 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로서, 순서를 나타내는 것으로 이해되지 않는 한 이들 용어들에 의하여 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 이와 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접 연결될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 개재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉, "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
각 단계들에 있어서 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용된 것으로 식별부호는 논리상 필연적으로 귀결되지 않는 한 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며, 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
통상의 기술자에게 본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 특성들이 일부는 본 설명서로부터, 그리고 일부는 본 발명의 실시로부터 드러날 것이다. 아래의 예시 및 도면은 실례로서 제공되며, 본 발명을 한정하는 것으로 의도된 것이 아니다. 따라서, 특정 구조나 기능에 관하여 본 명세서에 개시된 상세 사항들은 한정하는 의미로 해석되어서는 아니되고, 단지 통상의 기술자가 실질적으로 적합한 임의의 상세 구조들로써 본 발명을 다양하게 실시하도록 지침을 제공하는 대표적인 기초 자료로 해석되어야 할 것이다.
더욱이 본 발명은 본 명세서에 표시된 실시 예들의 모든 가능한 조합들을 망라한다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
본 명세서에서 달리 표시되거나 분명히 문맥에 모순되지 않는 한, 단수로 지칭된 항목은, 그 문맥에서 달리 요구되지 않는 한, 복수의 것을 아우른다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 통상의 기술자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1c는 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 설명하는 회로도이다. 도 1c를 참조하면, 배터리(110)와 슈퍼 커패시터 셀(120)을 포함하는 에너지 저장 시스템이 도시된다. 에너지 저장 시스템은 배터리(110), 슈퍼 커패시터 셀(120), 컨버팅 회로(130), 제어부(140) 및 인버터(150)를 포함할 수 있다. 슈퍼 커패시터 셀(120)은 배터리(110)의 양극 단자와 제1 노드(171) 사이에 연결될 수 있다. 이에 따라, 인버터(150)가 공급하는 직류 링크 전압 VBUS의 최대값은 배터리(110)의 전압 VFC와 슈퍼 커패시터 셀(120)의 전압 VSC의 합으로서 구현될 수 있다. 위와 같은 회로 배치를 통해, 동일한 크기의 인버터 전압을 부하에 공급하기 위해 필요한 슈퍼 커패시터의 부피와 개수를 줄이는 효과를 기대할 수 있다. 슈퍼 커패시터 셀(120)은 에너지 저장 시스템의 동작 모드에 따라 충전 또는 방전될 수 있다.
컨버팅 회로(130)는 인덕터(131)를 포함하고, 부하의 동작 조건에 대응하는 동작 모드로서 슈퍼 커패시터 셀(120)이 동작하도록 인덕터(131)의 전류 IL를 제어할 수 있다. 컨버팅 회로(130)는 배터리(110)의 양극 단자와 제2 노드(172) 사이에 연결되는 인덕터(131), 제1 노드(171)와 제2 노드(172) 사이에 연결되는 제1 스위칭 회로(132) 및 제2 노드(172)와 제3 노드(173) 사이에 연결되는 제2 스위칭 회로(133)를 포함할 수 있다. 각각의 동작 모드에 따른 컨버팅 회로(130)의 동작 과정에 대해서는 이하에서 추가될 도면과 함께 보다 상세히 설명된다.
제어부(140)는 동작 모드에 관한 제어 신호를 컨버팅 회로(130)로 입력할 수 있다. 구체적으로, 제어부(140)는 제1 스위칭 회로(132) 및 제2 스위칭 회로(133)로 제어 신호를 전달할 수 있다.
도 1d는 도 1c에 도시된 에너지 저장 시스템의 동작 모드를 설명하기 위한 주요 파라미터들의 그래프이다. 도 1d를 참고하면, 부하에 연결된 모터의 각속도 ω에 따라 에너지 저장 시스템이 지원하는 네 가지 동작 모드가 설명된다. 제1 동작 모드(pre-charge super capacitor mode, ⓞ)는 부하의 모터(160)가 턴 온 되고, 초기 주행을 시작하기 전인 동작 구간으로서 슈퍼 커패시터 셀이 전력을 충전하는 동작 모드를 나타낸다. 제1 동작 모드에서 이상적인 구동 환경을 가정하면, 부하로 유입되는 부하 전류 ILOAD는 OA로 유지되며, 슈퍼 커패시터 셀은 인버터(150) 출력 전압의 최대값에 상응하여 충전을 지속하게된다.
제2 동작 모드(peak load power mode, ①)는 부하의 모터(160)가 턴 온 된 이후에 최대 속도 도달까지의 동작 구간으로서 ILOAD의 최대값(예. 400A)의 부족분만큼 슈퍼 커패시터 셀이 방전되며, 부족 전류값을 부하로 제공한다.
제3 동작 모드(steady state mode, ②)는 부하의 모터(160)가 최대 각속도를 유지하는 단계로서, 부하가 소비하는 전력이 소정 기준치(예. 50kW)를 유지하기 때문에 부하로 유입되는 전류 ILOAD 역시 일정한 크기로 유지되는 동작 구간을 나타낸다. 이 경우에, 슈퍼 커패시터 셀은 배터리가 제공하는 잔여 전류를 이용하여 다른 동작 구간에서 필요할 전력을 다시 충전하기 된다.
제4 동작 모드(regeneration power mode, ③)는 부하의 모터(160)가 최대 각속도에서 0rad/s로 감속하는 동작 구간을 나타내며, 부하 전력이 회생되는 구간을 나타낸다. 구체적으로, 제4 동작 모드에서는 인버터(150)의 회생 제동 및 컨버팅 회로(130) 제어를 통해 슈퍼 커패시터 셀(120)이 다시 충전된다. 다만, 종래 기술과 다르게 컨버팅 회로(130)에 대한 제어를 수반하여야 배터리 전류 IFC가 0A를 유지하게 될 것이다.
이하에서는 각각의 동작 모드에 따른 주요 파라미터의 그래프와 함께 에너지 저장 시스템의 동작이 추가적으로 설명된다.
제1 동작 모드(pre-charge super capacitor mode)의 실시 예
도 2는 제1 동작 모드에서의 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 회로도이다. 도 2를 참조하면, 부하가 턴 온 된 직후의 제1 동작 모드에서의 에너지 저장 시스템의 동작이 설명된다. 부하 단자는 설명의 편의를 위해 전류원 ILOAD로 치환하여 설명된다. 부하가 턴 온 된 직후에는 슈퍼 커패시터 셀(220)의 양 단의 전압 VSC은 0V이고, 컨버팅 회로(230)의 출력 전압 VBUS는 배터리 출력 전압의 최대값으로 설정된다. 이 경우에, 컨버팅 회로(230)는 부스트 컨버터로 동작되며, 에너지 저장 시스템 내의 슈퍼 커패시터 셀(220)의 충전을 지원한다. 구체적으로, 제어부(240)는 슈퍼 커패시터 셀(220)의 양 단의 전압 VSC이 미리 설정된 제1 전압값을 추종하도록 하는 정전압(CV: constant voltage) 제어를 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전압값은 부하에 연결되는 인버터의 최대 허용 전압의 크기 VBUS,max에서 배터리의 직류 전압의 크기 VFC,max를 차감한 차이값으로 결정될 수 있다. 예시적으로, VBUS,max가 800V이고, VFC,max가 400V인 경우에 제1 전압값은 400V가 되어, 제어부(240)는 슈퍼 커패시터 셀(220)의 양 단의 전압 VSC이 400V가 되도록 제어를 수행한다.
또한, 제어부(240)는 배터리의 양극 단자에서 제2 노드로 흐르는 인덕터 전류 IL가 제1 전류값 IL,ref1을 추종하도록 하는 정전류(CC: constant current) 제어를 수행할 수 있다. 제어부(240)가 제1 전류값 IL,ref1을 계산하는 과정은 아래와 같다. 컨버팅 회로(230)의 입력 전력과 출력 전력이 동일하다는 가정하에 제어부(240)는 아래의 수학식 1과 같은 입,출력 관계식을 계산할 수 있다.
Figure pat00005
또한, 제어부(240)는 제1 노드에 대한 키르히호프 전류 법칙(KCL: Kirchhoff's current law)에 따라 아래의 수학식 2와 같은 전류 관계식을 계산할 수 있다.
Figure pat00006
또한, 제어부(240)는 배터리(210)의 양극 단자에 대한 키르히호프 전류 법칙(KCL: Kirchhoff's current law)에 따라 아래의 수학식 3과 같은 전류 관계식을 계산할 수 있다.
Figure pat00007
제어부(240)는 상기 수학식 1, 2, 3을 이용하여 제1 전류값 IL,ref1에 관한 수학식 4를 계산하며, 컨버팅 회로(230)에 대해 인덕터 전류 IL가 제1 전류값 IL,ref1을 추종하도록 하는 정전류 제어를 수행한다.
Figure pat00008
상기 수학식 4에서 IFC,max는 상기 배터리의 최대 허용 전류의 크기이고, VFC(t)는 제1 시점에서의 상기 배터리 양 단의 전압값, VSC(t)는 상기 제1 시점에서의 상기 슈퍼 커패시터 셀의 양 단의 전압값, ILOAD(t)는 상기 제1 시점에서 상기 부하로 입력되는 전류의 크기를 나타낸다.
위와 같은 원리로 제1 동작 모드에서, 컨버팅 회로(230)는 제어부(240)의 제어에 따라 부스트 컨버터로 동작하며 정전압, 정전류 제어(CCCV: constant current, constant voltage)가 수행된다. 상기 제어 과정에서 설정된 전압값, 전류값이 비교기 회로에 전달되고, 비교 결과에 따라 PWM(pulse width modulation), PFM(pulse frequency modulation), constant-on time modulation 등과 같이 통상의 전력전자 스위칭 modulation 기법을 통해 제어 신호가 생성되는 원리에 대해서는 기술 분야의 통상의 기술자에게는 자명한 사항이므로 구체적인 설명은 생략된다.
구체적으로, 제어부(240)는 에너지 저장 시스템의 제1 동작 모드에서 제어 신호를 제2 스위칭 회로(233)로 입력함으로써 컨버팅 회로(230)가 부스트 컨버터로 동작하도록 지원할 수 있다. 위와 같은 제어에 따라, 슈퍼 커패시터 셀(220)은 제1 동작 모드에서 부하에 연결되는 인버터의 최대 허용 전압의 크기 VBUS,max에서 배터리의 직류 전압의 크기 VFC,max를 차감한 차이값 크기만큼 충전이 진행될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 제1 동작 모드에서 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 주요 파라미터들의 시간에 따른 그래프이다. 도 3a를 참조하면, 시간에 따른 제1 전류 그래프(310)가 도시된다. 제1 전류 그래프(310)의 x 축은 시간(sec)이고, y 축은 전류(A)를 나타낸다. 제어부는 배터리의 전류가 허용 전류 범위(예. 250A) 내에 존재하도록 컨버팅 회로를 제어한다. 또한, 초기 구동 시에 ILOAD는 0A로 일정하게 유지될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 시간에 따른 주요 전압 그래프(320)가 도시된다. 제1 동작 모드에서 배터리 전압 VFC는 초기 충전값(예. 400V)을 일정하게 유지한다. 슈퍼 커패시터 셀의 양단 전압 VSC은 인버터의 최대 허용 전압의 크기 VBUS,max에서 배터리의 직류 전압의 크기 VFC,max를 차감한 차이값 크기만큼 충전이 진행된다. 이에 따라, 제1 동작 모드에서 슈퍼 커패시터 셀의 양단 전압 VSC은 400V까지 충전된 이후에 전압값이 유지되며, 배터리 전압 VFC과 슈퍼 커패시터 셀의 양단 전압 VSC의 합으로 정의되는 컨버팅 회로의 출력 전압 VBUS는 800V에 도달된 이후에 전압값이 유지된다.
도 3c를 참조하면, 시간에 따른 제2 전류 그래프(330)가 도시된다. 제2 전류 그래프(330)의 x 축은 시간(sec)이고, y 축은 전류(A)를 나타낸다. 제2 전류 그래프(330)와 같이, 제어부는 슈퍼 커패시터 셀의 전류 ISC가 최대 전류 250A의 범위 내에 존재하며, 슈퍼 커패시터 셀이 충전되도록 제어를 지원한다.
제2 동작 모드(peak load power mode)의 실시 예
도 4는 제2 동작 모드에서의 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 회로도이다. 제2 동작 모드는 부하가 턴 온 된 이후에 기동을 시작하고, 최대 속도에 도달하는 과정에서의 에너지 저장 시스템의 동작 모드를 나타낸다. 이 경우에, 부하는 모터가 최대 속도를 출력할 수 있도록 최대 출력 전류 ILOAD를 유지할 필요가 있다. 구체적으로, 부하의 최대 출력 전류 ILOAD는 부하에서 소비되는 최대 전력 PLOAD,max을 컨버팅 회로(430)의 출력 전압의 최대값 VBUS,max으로 나눈 값으로 계산될 수 있다. 제2 동작 모드에서, 제어부(440)는 배터리(410)의 출력 전류 IFC가 미리 설정된 기준치(예. 250A)를 넘지 않도록 컨버팅 회로(430)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 슈퍼 커패시터 셀(420)은 부하의 최대 출력 전류 ILOAD에서 배터리(410)의 최대 출력 전류 IFC,max의 차이값인 부족 전류만큼의 전류를 부하로 공급하며 방전될 수 있다.
이 경우에, 슈퍼 커패시터 셀(420)의 커패시턴스 용량 CSC은 아래의 수학식 5에 기반하여 계산될 수 있다.
Figure pat00009
상기 수학식 5에서, PLOAD,max는 제2 동작 모드 내에서 부하에서 소비되는 최대 전력을 나타내고, PFC,max는 배터리(410)에서 공급 가능한 최대 전력을 나타내고, T1은 제2 동작 모드의 시작 시점, T2는 제2 동작 모드의 종료 시점, VSC,max는 슈퍼 커패시터 셀(420)의 최대 출력 전압을 나타낼 수 있다.
제어부(440)는 제2 노드에서 배터리(410)의 양극 단자로 흐르는 인덕터 전류 IL가 제2 전류값 IL,ref2을 추종하도록 하는 정전류 제어를 수행할 수 있다. 제어부(440)가 제2 전류값 IL,ref2을 계산하는 과정은 아래와 같다. 컨버팅 회로(430)의 입력 전력과 출력 전력이 동일하다는 가정하에 제어부(440)는 아래의 수학식 6과 같은 입,출력 관계식을 계산할 수 있다.
Figure pat00010
또한, 제어부(440)는 제1 노드에 대한 키르히호프 전류 법칙에 따라 아래의 수학식 2와 같은 전류 관계식을 계산할 수 있다.
Figure pat00011
또한, 제어부(440)는 배터리(410)의 양극 단자에 대한 키르히호프 전류 법칙에 따라 아래의 수학식 8과 같은 전류 관계식을 계산할 수 있다.
Figure pat00012
제어부(440)는 상기 수학식 6, 7, 8을 이용하여 제2 전류값 IL,ref2에 관한 수학식 9를 계산하며, 컨버팅 회로(430)에 대해 인덕터 전류 IL가 제2 전류값 IL,ref2을 추종하도록 하는 정전류 제어를 수행한다.
Figure pat00013
상기 수학식 9에서 IFC,max는 배터리(410)의 최대 허용 전류의 크기이고, VFC(t)는 제2 시점에서의 배터리(410) 양 단의 전압값, VSC(t)는 상기 제2 시점에서의 슈퍼 커패시터 셀(420)의 양 단의 전압값, ILOAD(t)는 상기 제2 시점에서 부하로 입력되는 전류의 크기를 나타낸다.
제어부(440)는 에너지 저장 시스템의 제2 동작 모드에서 제어 신호를 제1 스위칭 회로(432)로 입력함으로써 컨버팅 회로(430)가 벅 컨버터로 동작하도록 지원할 수 있다. 제2 스위칭 회로(433) 및 제1 스위칭 회로(432)는 두 스위칭 회로 모두가 턴 오프 되는 데드-타임을 가지고, 제2 스위칭 회로(433)는 제1 스위칭 회로(432)와 상보적으로 턴 온 주기 및 턴 오프 주기를 가질 수 있다.
위와 같은 주기에 따라 컨버팅 회로(430)는 슈퍼 커패시터 셀(420)이 부하의 필요 전류와 배터리(410)의 최대 공급 전류의 차이값인 부족 전류만큼의 전류를 부하로 공급하도록 지원할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 제2 동작 모드에서 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 주요 파라미터들의 시간에 따른 그래프이다. 도 5a를 참조하면, 시간에 따른 제1 전류 그래프(510)가 도시된다. 제1 전류 그래프(510)의 x 축은 시간(sec)이고, y 축은 전류(A)를 나타낸다. 제어부는 부하가 필요로 하는 전류 ILOAD(예. 400A)를 공급하면서, 배터리의 전류가 허용 전류 범위(예. 250A)를 초과하지 않도록 컨버팅 회로를 제어한다.
도 5b를 참조하면, 시간에 따른 주요 전압 그래프(520)가 도시된다. 제2 동작 모드에서 슈퍼 커패시터 셀의 방전이 진행되면서, 슈퍼 커패시터 셀의 양단 전압 VSC는 완전 충전된 전압값(예. 400V)에서 전압 강하가 진행되며, 0V까지 방전이 진행될 수 있다. 슈퍼 커패시터 셀의 양단 전압 VSC이 감소하면서 컨버팅 회로의 양단 전압 VBUS 역시 배터리의 정전압 크기만큼 감소된다.
도 5c를 참조하면, 시간에 따른 제2 전류 그래프(530)가 도시된다. 제2 전류 그래프(530)의 x 축은 시간(sec)이고, y 축은 전류(A)를 나타낸다. 슈퍼 커패시터 셀이 방전되면서, 슈퍼 커패시터 셀을 따라 흐르는 전류의 평균 크기 역시 점진적으로 증가한다.
제3 동작 모드(steady state mode)의 실시 예
도 6은 제3 동작 모드에서의 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 회로도이다. 제3 동작 모드는 부하의 모터가 최대 속도에 도달된 이후에 소정 크기의 부하 전력 Pnom만을 소비하는 상태를 나타낸다. 이에 따라, 부하로 유입되는 전류 ILOAD(예. 83A)도 일정 크기로 유지되기 때문에 배터리(610)가 공급하는 전력만으로 부하는 동작이 가능하다. 따라서, 제어부(640)는 제1 동작 모드와 동일하게 제3 동작 모드 내에서 슈퍼 커패시터 셀(620)의 충전을 지원한다. 구체적으로, 제어부(640)는 슈퍼 커패시터 셀(620)의 양 단의 전압 VSC이 미리 설정된 제1 전압값을 추종하도록 하는 정전압(CV: constant voltage) 제어를 수행할 수 있다. 또한, 제어부(640)는 배터리의 양극 단자에서 제2 노드로 흐르는 인덕터 전류 IL가 제1 전류값 IL,ref1을 추종하도록 하는 정전류(CC: constant current) 제어를 수행할 수 있다. 제어부(640)가 제1 전류값 IL,ref1을 계산하는 과정은 도 2와 함게 설명된 수학식 1, 2, 3 및 4가 동일하게 적용 가능하기 때문에 중복되는 설명은 생략하기로한다.
도 7a 내지 도 7c는 제3 동작 모드에서 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 주요 파라미터들의 시간에 따른 그래프이다. 도 7a를 참조하면, 시간에 따른 제1 전류 그래프(710)가 도시된다. 제1 전류 그래프(710)의 x 축은 시간(sec)이고, y 축은 전류(A)를 나타낸다. 제3 동작 모드에서 부하가 최대 속도를 유지하면서, 부하로는 일정한 크기의 전류 ILOAD(예. 83A)만이 유입된다. 제어부는 배터리의 전류가 허용 전류 범위(예. 250A) 내에 존재하도록 컨버팅 회로를 제어한다.
도 7b를 참조하면, 시간에 따른 주요 전압 그래프(720)가 도시된다. 제3 동작 모드에서, 슈퍼 커패시터 셀의 양단 전압 VSC는 부하로 일정 크기의 소비 전력을 공급하기 위한 컨버팅 회로의 출력 전압 VBUS,nom(예. 600V)과 배터리 출력 전압 VFC(예. 400V)의 차이값만큼 충전이 진행된다.
도 7c를 참조하면, 시간에 따른 제2 전류 그래프(730)가 도시된다. 제2 전류 그래프(730)의 x 축은 시간(sec)이고, y 축은 전류(A)를 나타낸다. 제2 전류 그래프(730)와 같이, 제어부는 슈퍼 커패시터 셀의 전류 ISC가 0A에서 소정 주기에 따라 충전을 반복하도록 컨버팅 회로를 제어한다.
제4 동작 모드(regeneration mode)의 실시 예
도 8은 제4 동작 모드에서의 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 회로도이다. 제4 동작 모드는 부하가 최대 속도에서 0km/h로 감속하며, 부하의 모터의 관성에 의한 회전력으로 부하 전력이 회생되는 과정을 나타낸다. 이 과정에서, 배터리(810)를 따라 흐르는 전류 IFC는 배터리 특성에 따라 단방향으로 평균 OA가 유지될 필요가 존재한다. 제어부(840)는 컨버팅 회로(830)의 제어를 통해 배터리(810)를 따라 흐르는 전류 IFC가 0A가 되도록 제어를 지원한다.
컨버팅 회로(830)의 입력 전력과 출력 전력이 동일하다는 가정하에 제어부(840)는 아래의 수학식 10과 같은 입,출력 관계식을 계산할 수 있다.
Figure pat00014
또한, 제어부(840)는 배터리(810)를 따라 흐르는 전류 IFC가 단방향 0A로 평균값이 유지되어야 하므로, 스위칭 회로들(832, 833)의 상보적인 턴 온, 턴 오프 주기와 무관하게 아래의 수학식 11과 같은 전류 관계식을 도출할 수 있다.
Figure pat00015
제어부(840)는 배터리(810)의 양극 단자에서 제2 노드로 흐르는 인덕터 전류 IL가 제3 전류값 IL,ref3을 추종하도록 하는 정전류 제어를 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(840)는 상기 수학식 10, 11에 기반하여 제3 전류값 IL,ref3을 계산하기 위한 수학식 12를 아래와 같이 도출할 수 있다.
Figure pat00016
상기 수학식 12에서, 제3 시점에서의 배터리(810) 양단의 전압값, VSC(t)는 상기 제3 시점에서의 슈퍼 커패시터 셀(820)의 양단의 전압값, ILOAD(t)는 상기 제3 시점에서 상기 부하로 입력되는 전류의 크기를 나타낼 수 있다. 에너지 저장 시스템의 제4 동작 모드에서, 제어부(840)는 제어 신호를 제2 스위칭 회로(833)로 입력함으로써 컨버팅 회로(830)가 벅 컨버터로 동작하도록 지원할 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 제4 동작 모드에서 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하는 주요 파라미터들의 시간에 따른 그래프이다. 도 9a를 참조하면, 시간에 따른 제1 전류 그래프(910)가 도시된다. 제1 전류 그래프(910)의 x 축은 시간(sec)이고, y 축은 전류(A)를 나타낸다. 제4 동작 모드에서 제어부의 제어에 따라 배터리를 따라 흐르는 전류 IFC의 평균은 0A가 되며, 감속 중인 모터의 회전력에 따라 부하로부터 ILOAD(예. -83A)가 출력된다.
도 9b를 참조하면, 시간에 따른 주요 전압 그래프(920)가 도시된다. 제4 동작 모드에서, 배터리 양단의 전압 VFC은 소정 크기로 일정하게 유지되며, VSC는 슈퍼 커패시터 셀이 충전됨에 따라 점진적으로 증가하며, 컨버팅 회로의 출력 전압 VBUS 역시 점진적으로 증가하게 된다.
도 9c를 참조하면, 시간에 따른 제2 전류 그래프(930)가 도시된다. 제2 전류 그래프(930)의 x 축은 시간(sec)이고, y 축은 전류(A)를 나타낸다. 제2 전류 그래프(930)와 같이 슈퍼 커패시터 셀을 따라 흐르는 전류는 부하로부터 출력되는 ILOAD의 크기로 수렴되어, 슈퍼 커패시터 셀의 충전을 지원한다.
도 10은 다른 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 설명하는 회로도이다. 도 10을 참조하면, 배터리(1010)와 슈퍼 커패시터 셀(1020)을 포함하는 에너지 저장 시스템이 도시된다. 에너지 저장 시스템은 배터리(1010), 슈퍼 커패시터 셀(1020), 컨버팅 회로(1030), 제어부(1040) 및 인버터(1050)를 포함할 수 있다. 위의 구성요소들의 동작에 대해서는 도 1a와 함께 기재된 설명이 그대로 적용될 수 있어 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 10의 에너지 저장 시스템은 배터리(1010)의 양극 단자에 연결되는 필터링부를 더 포함할 수 있다. 상기 필터링부는 배터리(1010)의 양극 단자와 컨버팅 회로(1030)에 포함되는 제2 스위칭 회로의 일 단 사이에 연결되는 커패시터 Cf를 포함할 수 있다. 또한, 상기 필터링부는 상기 제2 스위칭 회로의 일 단과 그라운드 노드 사이에 연결되는 인덕터 Lf를 포함할 수 있다. 상기 필터링부는 모터(1060)를 포함하는 부하가 제2 동작 모드(peak load power mode)로 동작하는 경우에 배터리(1010)로 역방향 전류가 유입되지 않도록, 인덕터 전류 IL가 그라운드 노드로 흐르도록 하는 전류의 통로를 제공함으로써 배터리(1010)의 고장을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 기술적 사상을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변경이 가능하다.

Claims (12)

  1. 배터리와 슈퍼 커패시터 셀을 포함하는 에너지 저장 시스템에 있어서,
    배터리;
    상기 배터리의 양극 단자와 제1 노드 사이에 연결되며, 상기 에너지 저장 시스템의 동작 모드에 따라 충전 또는 방전되는 슈퍼 커패시터 셀;
    인덕터를 포함하고, 부하의 동작 조건에 대응하는 동작 모드로서 상기 슈퍼 커패시터 셀이 동작하도록 상기 인덕터의 전류를 제어하는 컨버팅 회로; 및
    동작 모드에 관한 제어 신호를 상기 컨버팅 회로로 입력하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 컨버팅 회로는,
    상기 배터리의 양극 단자와 제2 노드 사이에 연결되는 인덕터;
    상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결되는 제1 스위칭 회로; 및
    상기 제2 노드와 제3 노드 사이에 연결되는 제2 스위칭 회로를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 스위칭 회로로 상기 제어 신호를 전달하는 에너지 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템이 제1 동작 모드로 동작하는 경우, 상기 제어부는 상기 슈퍼 커패시터 셀의 양 단의 전압이 미리 설정된 제1 전압값을 추종하도록 하는 정전압(CV: constant voltage) 제어 및 상기 배터리의 양극 단자에서 상기 제2 노드로 흐르는 상기 인덕터 전류가 제1 전류값 IL,ref1을 추종하도록 하는 정전류(CC: constant current) 제어를 수행하는 에너지 저장 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전압값은 상기 부하에 연결되는 인버터의 최대 허용 전압의 크기에서 상기 배터리의 직류 전압의 크기를 차감한 차이값으로 결정되고,
    상기 제1 전류값 IL,ref1은 수학식 4에 의해 결정되고,
    상기 수학식 4은
    Figure pat00017
    이고, 상기 수학식 4에서 IFC,max는 상기 배터리의 최대 허용 전류의 크기이고, VFC(t)는 제1 시점에서의 상기 배터리 양 단의 전압값, VSC(t)는 상기 제1 시점에서의 상기 슈퍼 커패시터 셀의 양 단의 전압값, ILOAD(t)는 상기 제1 시점에서 상기 부하로 입력되는 전류의 크기인 에너지 저장 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템의 제1 동작 모드에서, 상기 제어부는 상기 제어 신호를 상기 제2 스위칭 회로로 입력함으로써 상기 컨버팅 회로가 부스트 컨버터로 동작하도록 지원하는 에너지 저장 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템이 제2 동작 모드로 동작하는 경우, 상기 제어부는 상기 제2 노드에서 상기 배터리의 양극 단자로 흐르는 상기 인덕터 전류가 제2 전류값 IL,ref2을 추종하도록 하는 정전류(CC: constant current) 제어를 수행하는 에너지 저장 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 전류값 IL,ref2은 수학식 9에 의해 결정되고,
    상기 수학식 9는
    Figure pat00018
    이고, 상기 수학식 9에서 IFC,max는 상기 배터리의 최대 허용 전류의 크기이고, VFC(t)는 제2 시점에서의 상기 배터리 양 단의 전압값, VSC(t)는 상기 제2 시점에서의 상기 슈퍼 커패시터 셀의 양 단의 전압값, ILOAD(t)는 상기 제2 시점에서 상기 부하로 입력되는 전류의 크기인 에너지 저장 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템의 제2 동작 모드에서, 상기 제어부는 상기 제어 신호를 상기 제1 스위칭 회로로 입력함으로써 상기 스위칭 회로가 벅 컨버터로 동작하도록 지원하는 에너지 저장 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 슈퍼 커패시터 셀의 커패시턴스 용량 CSC은 수학식 5에 기반하여 계산되고,
    상기 수학식 5는,
    Figure pat00019
    이고,
    상기 수학식 5에서, PLOAD,max는 상기 제2 동작 모드 내에서 부하에서 소비되는 최대 전력을 나타내고, PFC,max는 상기 배터리에서 공급 가능한 최대 전력을 나타내고, T1은 상기 제2 동작 모드의 시작 시점, T2는 상기 제2 동작 모드의 종료 시점, VSC,max는 슈퍼 커패시터 셀의 최대 출력 전압을 나타내는 에너지 저장 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템이 제3 동작 모드로 동작하는 경우, 상기 제어부는 상기 배터리의 양극 단자에서 상기 제2 노드로 흐르는 상기 인덕터 전류가 제3 전류값 IL,ref3을 추종하도록 하는 정전류(CC: constant current) 제어를 수행하는 에너지 저장 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 전류값 IL,ref3은 수학식 12에 의해 결정되고,
    상기 수학식 12은
    Figure pat00020
    이고, VFC(t)는 제3 시점에서의 상기 배터리 양 단의 전압값, VSC(t)는 상기 제3 시점에서의 상기 슈퍼 커패시터 셀의 양 단의 전압값, ILOAD(t)는 상기 제3 시점에서 상기 부하로 입력되는 전류의 크기인 에너지 저장 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템의 제3 동작 모드에서, 상기 제어부는 상기 제어 신호를 상기 제2 스위칭 회로로 입력함으로써 상기 컨버팅 회로가 벅 컨버터로 동작하도록 지원하는 에너지 저장 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 에너지 저장 시스템이 연결된 부하의 각속도와 이전 동작 모드에 기반하여 복수의 동작 모드 중 하나를 선택하여 상기 인덕터의 전류를 제어하는 에너지 저장 시스템.
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