KR20230123099A - 이동형 에너지저장시스템 및 배터리 충전 방법 - Google Patents

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Abstract

이동형 에너지저장시스템 및 배터리 충전 방법이 개시된다. 이동형 에너지저장시스템은 바퀴를 포함하는 본체와, 본체 내에 존재하는 울트라캐패시터팩 및 리튬인산철배터리팩과, 충전커넥터를 포함하고, 울트라캐패시터팩과 리튬인산철배터리팩 중 어느 하나를 선택하여 충전커넥터를 통해 전력을 출력하도록 제어한다.

Description

이동형 에너지저장시스템 및 배터리 충전 방법{Mobile energy storage system and battery charging method}
본 발명의 실시 예는 이동형 에너지저장시스템(ESS) 및 배터리 충전 방법에 관한 것이다.
전기차 또는 전기오토바이 등과 같이 배터리의 전력을 이용하여 구동되는 다양한 장치가 존재한다. 전기차 등은 배터리 충전을 위하여 배터리 충전소를 방문하여야 하는 불편함이 존재한다. 또한 전기차 등의 배터리의 잔량을 잘 살피지 않으면 주행 중에 배터리가 방전될 수도 있다. 따라서 전기차 등의 배터리를 장소에 구애받지 않고 자유롭게 충전할 수 있는 이동형 에너지저장시스템이 필요하다.
본 발명의 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는, 고속충전과 일반충전이 모두 가능한 이동형 에너지저장시스템(ESS) 및 배터리 충전 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 이동형 에너지저장시스템(ESS)의 일 예는, 바퀴를 포함하는 본체; 상기 본체 내에 존재하는 울트라캐패시터팩; 상기 본체 내에 존재하는 리튬인산철배터리팩; 충전커넥터; 및 상기 울트라캐패시터팩과 상기 리튬인산철배터리팩 중 어느 하나를 선택하여 상기 충전커넥터를 통해 전력을 출력하도록 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 충전 방법의 일 예는, 울트라캐패시터팩과 리튬인산철배터리팩을 포함하는 이동형 에너지저장시스템의 배터리 충전 방법에 있어서, 상기 울트라캐패시터팩의 잔존용량을 파악하는 단계; 상기 리튬인산철배터리팩의 잔존용량을 파악하는 단계; 및 상기 울트라캐패시터팩의 잔존용량이 기 정의된 제1 기준값 미만이고, 상기 리튬인산철배터리팩의 잔존용량이 기 정의된 제2 기준값 이상이면, 상기 리튬인산철배터리팩의 전력으로 상기 울트라캐패시터팩을 충전하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 이동형 에너지저장시스템을 이용하여 장소에 구애받지 않고 전기차 등을 충전할 수 있다. 또한 상황에 따라 고속충전 또는 일반충전을 선택하여 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동형 에너지저장시스템의 일 예의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 울트라캐패시터팩의 충전 방법의 일 예를 도시한 도면, 그리고,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이동형 에너지저장시스템을 이용한 외부 기기의 충전 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 이동형 에너지저장시스템(ESS) 및 배터리 충전 방법에 대해 상세히 살펴본다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동형 에너지저장시스템의 일 예의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 이동형 에너지저장시스템(100)(이하, '이동형 ESS'라 함)은 본체, 리튬인산철배터리팩(110), 울트라캐패시터팩(120), 충전커넥터(170), 제어회로(150) 등으로 구성된 제어부를 포함한다. 실시 예에 따라 이들 구성 중 일부를 생략되거나 다른 구성을 더 포함하여 구현할 수 있다.
본체는 바퀴를 포함하여 이동 가능한 구조로 구현된다. 실시 예에 다른 본체는 차량 등에 연결할 수 있는 트레일러 형태로 구현되거나 사용자가 끌고 다닐 수 있는 카트형태로 구현될 수 있다. 본체의 크기와 모양은 실시 예에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
배터리의 급속 충방전은 배터리의 수명에 영향을 미치며 또한 발열 문제가 발생할 수 있다. 이에 본 실시 예는 급속충전에 효율적인 울트라캐패시터팩(120)과 대용량의 전력 저장에 효율적인 리튬인산철배터리팩(110)을 포함한다. 울트라캐패시터팩(120)는 저장용량은 작지만 충방전 속도가 빠르며 높은 출력 전류의 특성을 갖는다. 이에 반해 리튬인산철배터리팩(110)은 울트라캐패시터팩(120)에 비해 저장용량은 크지만 충반전 속도가 느리다. 따라서 울트라캐패시터팩(120)은 긴급 상황에서 빠른 속도로 일정량의 배터리 충전이 필요한 경우에 사용할 수 있으며, 리튬인산철배터리팩(110)은 다량의 전력을 충전시킬 때 사용할 수 있다.
리튬인산철배터리팩(110)은 완속충전기 또는 급속충전기를 통해 충전될 수 있다. 예를 들어, 제어회로(150) 등으로 구현되는 제어부는 외부로부터 200VAC 전력을 공급받으면 220VAC완속충전기(180)를 통해 리튬인산철배터리팩(110)을 충전하고, 380VAC 전력을 공급받으면 380VAC급속충전기(190)를 통해 리튬인산철배터리팩(110)을 충전할 수 있다. 일 실시 예로, 리튬인산철배터리팩(110)의 용량은 울트라캐패시터팩(120)의 용량보다 수~수십 배 이상 클 수 있다.
울트라캐패시터팩(120)은 외부전력으로부터 직접 충전되는 것이 아니라 실시간 필요에 따라 빠르게 충전이 될 수 있도록 리튬인산철배터리팩(110)의 전력으로 충전된다. 예를 들어, 제어부는 리튬인산철배터리팩(110)의 전력을 DC/DC컨버터(130)를 통해 울트라캐패시터팩(120)으로 공급하여 충전할 수 있다. 제어부는 울트라캐패시터팩(120)의 충전 조건을 설정하여 충전 조건에 해당하는 경우에만 충전을 수행할 수 있으며 이에 대해서는 도 2에서 다시 살펴본다.
제어부는 충전커넥터(170)를 통해 울트라캐패시터팩(120) 또는 리튬인산철배터리팩(110)의 전력을 외부로 출력하여 외부 장치(예를 들어, 전기차나 전기오토바이 등)를 충전할 수 있다. 예를 들어, 제어판(195)을 통해 사용자로부터 고속충전모드 또는 일반충전모드를 선택받으면, 제어부는 선택된 충전모드에 따라 울트라캐패시터팩(120) 또는 리튬인산철배터리팩(110)의 전력을 출력할 수 있다. 이에 대해서는 도 3에서 다시 살펴본다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 울트라캐패시터팩의 충전 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 제어부는 울트라캐패시터팩(120)의 제1 잔존용량(SOC, State of Charge)을 파악한다(S200). 또한 제어부는 리튬인산철배터리팩(110)의 제2 잔존용량을 파악한다(S210). 예를 들어, 제어부는 배터리관리시스템(Battery Management System)으로부터 각 배터리의 잔존용량을 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 수신할 수 있는 통신모듈(160)을 포함할 수 있다. 다른 실시 예로, 제어부는 각 배터리의 잔존용량 등을 제어판(195) 등에 표시할 수 있다.
제어부는 제1 잔존용량이 기 정의된 제1 기준값(예를 들어, SOC 95% 등) 이하이고(S200), 제2 잔존용량이 기 정의된 제2 기준값(예를 들어, SOC 20% 등)이상이면, 리튬인산철배터리팩(110)의 전력으로 울트라캐패시터팩(120)을 충전할 수 있다(S240). 제1 기준값 및 제2 기준값은 실시 예에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제2 기준값은 리튬인산철배터리팩(110)과 울트라캐패시터팩(120)의 용량에 따라 결정될 수 있다. 리튬인산철배터리팩(110)의 용량이 울트라캐패시터팩(120)의 10배이면, 리튬이산철배터리팩(100)의 10% 용량으로 울트라캐패시터팩(120)을 충전시킬 수 있으므로 제2 기준값은 리튬인산철배터리팩(110)의 잔존용량 10%로 설정될 수 있다. 또 다른 실시 예로, 제어부는 충전율과 충전진행 메시지 등을 제어판(195) 등을 통해 표시할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이동형 에너지저장시스템을 이용한 외부 기기의 충전 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 3을 함께 참조하면, 제어부는 제어판(195) 등을 통해 충전모드를 선택받는다(S300). 충전모드가 급속충전인 경우에(S310), 제어부는 울트라캐패시터팩(120)의 잔존용량이 기 정의된 제1 기준값(예를 들어, 95% 이상) 이상이면(S320,S330), 울트라캐패시터팩(120)으로부터 기 정의된 크기의 제1 전력(예를 들어, 100kWh)을 DC-DC 컨버터(140)를 통해 출력하여 기 정의된 전력량(예를 들어, 5kWh) 만큼 외부 기기를 고속 충전한다.
충전모드가 일반충전이면(S320), 제어부는 리튬인산철배터리팩(110)으로부터 기 정의된 크기의 제2 전력(예를 들어, 20kW)을 DC-DC 컨버터(140)를 통해 출력하여 외부 기기를 일반 속도로 충전한다(S360).
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 리튬인산철배터리팩
120: 울트라캐패시터팩

Claims (6)

  1. 바퀴를 포함하는 본체;
    상기 본체 내에 존재하는 울트라캐패시터팩;
    상기 본체 내에 존재하는 리튬인산철배터리팩;
    충전커넥터; 및
    상기 울트라캐패시터팩과 상기 리튬인산철배터리팩 중 어느 하나를 선택하여 상기 충전커넥터를 통해 전력을 출력하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 에너지저장시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 울트라캐패시터팩과 상기 리튬인산철배터리팩 사이를 연결하는 DC-DC 컨버터;를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 리튬인산철배터리팩의 전력을 이용하여 상기 울트라캐패시터팩을 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 이동형 에너지저장시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 울트라캐패시터팩의 잔존용량이 기 정의된 제1 기준값 미만이고, 상기 리튬인산철배터리팩의 잔존용량이 기 정의된 제2 기준값 이상이면, 상기 리튬인산철배터리팩의 전력으로 상기 울트라캐패시터팩을 충전하는 것을 특징으로 하는 이동형 에너지저장시스템.
  4. 울트라캐패시터팩과 리튬인산철배터리팩을 포함하는 이동형 에너지저장시스템의 배터리 충전 방법에 있어서,
    상기 울트라캐패시터팩의 잔존용량을 파악하는 단계;
    상기 리튬인산철배터리팩의 잔존용량을 파악하는 단계; 및
    상기 울트라캐패시터팩의 잔존용량이 기 정의된 제1 기준값 미만이고, 상기 리튬인산철배터리팩의 잔존용량이 기 정의된 제2 기준값 이상이면, 상기 리튬인산철배터리팩의 전력으로 상기 울트라캐패시터팩을 충전하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 에너지저장시스템의 배터리 충전 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    충전모드를 선택받는 단계;
    상기 충전모드가 급속충전이면, 상기 울트라캐패시터팩을 이용하여 기 정의된 제1 전력을 출력하는 단계; 및
    상기 충전모드가 일반충전이면, 상기 리튬이산배터리팩을 이용하여 기 정의된 제2 전력을 출력하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 전력이 상기 제2 전력보다 더 큰 것을 특징으로 하는 이동형 에너지저장시스템의 배터리 충전 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제1 전력을 출력하는 단계는,
    상기 울트라캐패시터팩의 잔존용량이 상기 제1 기준값 이상인 경우에 상기 급속충전모드를 수행하고 것을 특징으로 하는 이동형 에너지저장시스템의 배터리 충전 방법.
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