KR101609245B1 - 에너지 저장 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태는 에너지 저장 장치에 관한 것이다. 전원으로부터 입력 받은 에너지의 전압을 승압시켜 DC링크 캐패시터단으로 출력하는 출력하는 승압형 컨버터; 전원으로부터 입력 받은 에너지를 배터리에 저장하는 충전스위치; 배터리에 저장된 에너지를 전력계통으로 출력하는 양방향 스위치; 및 충전스위치와 배터리 사이에 연결되어 배터리에 저장되는 에너지를 강압시키고, 양방향 스위치와 배터리 사이에 연결되어 배터리에서 방전되는 에너지를 승압시키는 공통스위치/저주파 필터; 를 포함하는 에너지 저장 장치를 제안한다. 이를 통해, 전원에서 공급받는 에너지를 배터리에 저장시키기 위하여 하나의 강압 컨버터를 통과시킴으로써, 배터리 충전 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

에너지 저장 장치{APPARATUS FOR STORING ENERGY}
본 발명은 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
최근, 정전 등에 대비하고 AC 계통에 안정적인 부하 전원을 공급하기 위하여 PCS(Power Conditioning System)에 ESS(Energy Storage System)를 추가하는 경향이 증가되고 있다. (이하 상기 PCS 및 ESS를 포함하여 에너지 저장장치라고 하겠다.)
일반적으로, 에너지 저장장치는 전원에서 공급받는 에너지를 전력계통으로 출력하는 제1 기능, 배터리에 저장된 에너지를 전력계통으로 출력하는 제2 기능, 전원에서 공급받는 에너지를 배터리에 저장시키는 제3 기능을 수행할 수 있다.
여기서, 에너지 저장장치가 상기 제1 기능을 수행하기 위해 입력 받은 에너지가 승압형 컨버터(Boost converter)를 통과하여 승압되고, 상기 제2 기능을 수행하기 위해 저장된 에너지가 양방향 컨버터(Buck-boost converter)를 통과하여 승압된다. 그리고, 상기 제3 기능을 수행하기 위해 입력 받은 에너지가 승압형 컨버터 및 양방향 컨버터를 모두 통과하여 강압된다.
각각의 컨버터에서는 저항 성분과 펄스 폭 변조(PWM) 스위칭에 의해 손실이 발생하고, 이러한 컨버터단을 여러 번 거칠수록 그만큼 효율이 나빠지게 된다.
즉, 에너지 저장장치가 상기 제3 기능을 수행하기 위해 컨버터단을 여러 번 거침으로써 에너지 효율이 나빠지는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2014-0097628호
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시 예는, 전원에서 공급받는 에너지를 배터리에 저장시키기 위하여 하나의 강압 컨버터를 통과시키는 에너지 저장 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치는, DC링크 캐패시터단; 전원으로부터 입력 받은 에너지의 전압을 승압시켜 상기 DC링크 캐패시터단으로 출력하는 승압형 컨버터; 배터리에 저장된 에너지를 상기 DC링크 캐패시터단으로 출력하고, 상기 DC링크 캐패시터단에 저장된 에너지를 상기 배터리에 저장하는 양방향 스위치; 상기 전원으로부터 에너지를 입력 받아 상기 배터리에 저장하는 충전스위치; 및 상기 양방향 스위치 및/또는 충전스위치로부터 배터리에 저장되는 에너지를 강압시키고, 상기 배터리에서 상기 양방향 스위치 및/또는 충전스위치로 방전되는 에너지를 승압시키는 공통스위치; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 양방향 스위치는 제1 스위치를 포함하고, 상기 공통스위치는 제2 스위치를 포함하고, 상기 충전스위치는 제3 스위치를 포함하고, 상기 양방향 스위치 및 상기 공통스위치는 각각 제1 스위치 및 제2 스위치의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 승압 또는 강압시키고, 상기 공통스위치/저주파 필터 및 상기 충전스위치는 각각 제2 스위치 및 제3 스위치의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 강압시킬 수 있다.
또한, 상기 승압형 컨버터에서 출력되는 에너지의 전압을 직류에서 교류로 변환시키는 인버터를 더 포함하고, 상기 승압형 컨버터는 태양 전지(Solar cell)로부터 에너지를 입력 받고 최대 전력 점 추종(Maximum power point tracking)을 할 수 있다.
또한, 상기 양방향 스위치와 상기 공통스위치는 DC링크 캐패시터단의 에너지를 강압하여 배터리에 저장하고, 배터리에 저장된 에너지를 승압하여 DC링크 캐패시터단으로 출력할 수 있다.
또한, 상기 충전스위치는 상기 배터리로부터 상기 전원으로 에너지가 흐르는 것을 방지하는 방향으로 연결된 다이오드를 포함하고, 상기 충전스위치는 태양 전지(Solar cell)로부터 에너지를 입력 받고 최대 전력 점 추종(Maximum power point tracking)을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치는, 태양 전지(Solar cell)로부터 입력 받은 에너지의 전압을 승압시켜 DC링크 캐패시터단으로 출력하는 승압형 컨버터; 상기 DC링크 캐패시터단 에너지의 전압을 강압시켜 배터리에 저장하고, 배터리에 저장된 에너지의 전압을 승압시켜 DC링크 캐패시터단으로 출력하는 양방향 컨버터; 및 상기 태양 전지로부터 입력 받은 에너지의 전압을 강압시켜 상기 배터리에 저장하는 강압형 컨버터; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 양방향 컨버터는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하고, 상기 강압형 컨버터는 제2 스위치 및 제3 스위치를 포함하고, 상기 양방향 컨버터는 제1 스위치 및 제2 스위치의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 승압 또는 강압시키고, 상기 강압형 컨버터는 제2 스위치 및 제3 스위치의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 강압시킬 수 있다.
또한, 상기 강압형 컨버터는 상기 배터리로부터 상기 태양 전지로 에너지가 흐르는 것을 방지하는 방향으로 연결된 다이오드를 포함할 수 있다.
전원에서 공급받는 에너지를 배터리에 저장시키기 위하여 하나의 강압 컨버터를 통과시킴으로써, 배터리 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치 및 에너지 저장 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치가 에너지를 출력하는 동작 및 양방향 컨버터를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치가 에너지를 저장하는 동작 및 강압형 컨버터를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치를 나타낸 회로도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치 및 에너지 저장 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 에너지 저장 시스템은 에너지 저장 장치(100), 전원(200), 배터리(300), 인버터(400) 및 전력계통(500)를 포함할 수 있다.
또한, 에너지 저장 장치(100)는 승압형 컨버터(110), 양방향 스위치(120), 공통스위치/저주파 필터(130), 충전스위치(140) 및 DC링크 캐패시터단(150)을 포함할 수 있다.
이하 도 1을 참조하여 에너지 저장 시스템에 대하여 설명한다.
에너지 저장 장치(100)는, 전원(200)에서 공급받는 에너지를 전력계통(500)으로 출력하고, 배터리(300)에 저장된 에너지를 전력계통(500)으로 출력하고, 전원(200)에서 공급받는 에너지를 배터리(300)에 저장시킬 수 있다.
전원(200)은, 외부의 전기 이외의 에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있다. 여기서, 전기 이외의 에너지는 신재생 에너지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전원(200)은 태양 전지(Solar cell)를 포함할 수 있고, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 상기 에너지 저장 장치(100)로 출력할 수 있다.
배터리(300)는, 전원(200)이나 전력계통(500)에서 입력 받은 에너지를 저장할 수 있다.
인버터(400)는, 상기 에너지 저장 장치(100)에서 출력되는 에너지의 전압을 직류에서 교류로 변환시킬 수 있다. 여기서, 상기 인버터(400)는 스위치 4개로 구성된 단상 인버터 및 스위치 6개로 구성된 3상 인버터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 인버터(400)는 상기 에너지 저장 장치(100)에 포함될 수 있다.
전력계통(500)은, 발전소, 송변전설비, 배전설비 및 기타 부대설비 등이 유기적으로 결합된 시스템을 포함한다. 상기 전력계통(500)은 전원(200) 또는 배터리(300)로부터 에너지를 입력 받을 수 있고, 배터리로 에너지를 저장할 수 도 있다.
일반적으로, 상기 전원(200)의 전압 범위는 배터리(300)보다 높고 DC링크 캐패시터단(150) 보다는 낮을 수 있다. 따라서, 상기 전원(200)에서 변환된 에너지를 배터리(300)로 보낼 때는 전압을 강압시키고, DC링크 캐패시터단(150)을 거쳐 전력계통(500)으로 보낼 때는 전압을 승압시킬 필요가 있다.
이하 도 1을 참조하여 에너지 저장 장치(100)에 대하여 구체적으로 설명한다.
승압형 컨버터(110)는, 전원(200)으로부터 입력 받은 에너지의 전압을 승압시켜 DC링크 캐패시터단(150)으로 출력할 수 있다. 여기서 DC링크 캐패시터단(150)은 승압형 컨버터와 인버터 사이에 존재할 수 있다. 상기 승압형 컨버터(110)는 전원(200)으로부터의 출력을 DC링크 캐패시터단(150)으로 승압시키는 역할을 하고, 인버터(400)가 DC링크 캐패시터단(150)에 저장된 에너지를 전력계통(500)으로 출력할 수 있다. DC링크 캐패시터단(150)에 저장된 에너지 형태는 DC 성분이고, 인버터가 이 DC 전원을 계통에 맞게 AC 전원으로 변환시킬 수 있다.
여기서, 승압형 컨버터(Boost converter)는 인덕터, 다이오드 및 전력용 스위치를 포함할 수 있다. 이상적으로 승압형 컨버터는 전력의 손실 없이 전압을 증가시킬 수 있다. 그러나, 실제 승압형 컨버터는 회로의 각 저항 성분들과 펄스 폭 변조(PWM) 스위칭에 의해 에너지의 손실이 발생한다.
또한, 상기 승압형 컨버터(110)는 태양 전지(Solar cell)로부터 에너지를 입력 받고 최대출력점 동작(Maximum power point tracking)을 할 수 있다. 이에 따라, 상기 태양 전지가 최대 출력 발전을 함과 동시에 출력되는 에너지의 전압을 승압시킬 수 있다.
양방향 스위치(120)는, 배터리(300)에 저장된 에너지를 DC링크 캐패시터단(150)으로 출력할 수 있다. 여기서, 양방향은 상기 배터리(300)에서 상기 DC링크 캐패시터단(150)으로 향하는 방향과 그 반대 방향을 의미하므로, 상기 양방향 스위치(120)는 가역적이다. 즉, 상기 양방향 스위치(120)의 스위치가 동작하면, 상기 DC링크 캐패시터단(150)에서 입력 받은 에너지를 상기 배터리(300)로 저장시킬 수도 있다. 이 경우, 상기 DC링크 캐패시터단(150)에서 입력 받은 에너지는 강압되어 배터리(300)에 저장될 수 있다. 전압의 강압 과정은 양방향 컨버터(Buck-boost converter)로 구현될 수 있으며, 이에 대해서는 도2 및 도4를 참조하여 후술한다.
공통스위치/저주파 필터(130)는, 충전스위치(140)와 배터리(300) 사이에 연결되어 상기 배터리(300)에 저장되는 에너지를 강압시키고, 양방향 스위치(120)와 상기 배터리(300) 사이에 연결되어 상기 배터리(300)에서 방전되는 에너지를 DC링크 캐패시터단(150)으로 승압시킬 수 있다. 여기서, 상기 공통스위치/저주파 필터(130)는 스위치의 기능과 필터의 기능을 모두 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 공통스위치/저주파 필터(130)가 스위치의 기능을 수행함으로써, 배터리(300)에 저장된 에너지를 출력할 뿐만 아니라 충전스위치(140)와 함께 동작하여 전원(200)으로부터 에너지를 입력 받을 수도 있다.
또한, 상기 공통스위치/저주파 필터(130)가 필터의 기능을 수행함으로써, DC전압에 포함된 고주파 잡음을 여과시킬 수 있고, 구형파를 일정한 전압으로 변환시킬 수 있다.
전압의 승압 과정은 양방향 컨버터(Buck-boost converter)로 구현될 수 있으며, 이에 대해서는 도2 및 도4를 참조하여 후술한다.
충전스위치(140)는, 전원(200)으로부터 에너지를 입력 받아 배터리(300)로 출력할 수 있다. 또한, 상기 충전스위치(140)는 상기 공통스위치/저주파 필터(130)와 연동하여 상기 전원(200)으로부터 입력 받은 에너지의 전압을 강압시킬 수 있다. 전압의 강압 과정에 대해서는 도3 및 도4를 참조하여 후술한다.
또한, 상기 충전스위치(140)는 태양 전지(Solar cell)로부터 에너지를 입력 받고 최대출력점 동작(Maximum power point tracking)을 할 수 있다. 이에 따라, 상기 태양 전지가 최대 출력 발전을 함과 동시에 출력되는 에너지의 전압을 강압시킬 수 있다. 전압의 강압 과정은 강압형 컨버터(Buck converter)로 구현될 수 있으며, 이에 대해서는 도3 및 도4를 참조하여 후술한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치가 에너지를 출력하는 동작 및 양방향 컨버터를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 양방향 스위치(120) 및 공통스위치/저주파 필터(130)는 서로 연동하여 양방향 컨버터(Buck-boost converter)로 동작할 수 있다.
에너지 저장 장치(100)가 에너지를 출력하는 동작은 2가지 구분할 수 있다. 제1 동작은 전원(200)에서 DC링크 캐패시터단(150)으로 전압을 승인시킨 후 인버터를 거쳐 전력계통(500)으로 에너지를 출력시키는 동작이다. 제2 동작은 배터리(300)에서 DC링크 캐패시터단(150)으로 전압을 승압시킨 후 인버터를 거쳐 전력계통(500)으로 에너지를 출력시키는 동작이다. 추가로, 에너지 저장 장치(100)는 전력계통(500)에서 인버터, DC링크 캐패시터단(150)을 거쳐, 전압을 강압시키면서 배터리(300)으로 에너지를 입력시키는 제3 동작을 수행할 수도 있다.
양방향 스위치(120) 및 공통스위치/저주파 필터(130)를 포함하는 양방향 컨버터(Buck-boost converter)는 상기 제2 동작 및 제3 동작에 관여하여 전압을 승압 또는 강압시킬 수 있다. 구체적으로, 양방향 컨버터가 DC링크 캐패시터단(150)에서 배터리(300)로 에너지를 충전시키는 제3 동작을 수행할 때는 강압형 컨버터(Buck converter)로 동작할 수 있다. 반면, 양방향 컨버터가 배터리(300)에서 DC링크 캐패시터단(150)으로 에너지를 방전시키는 제2 동작을 수행할 때는 승압형 컨버터(Boost converter)로 동작할 수 있다.
한편, 에너지 저장 장치(100)가 에너지를 출력하는 동작을 수행할 때, 양방향 스위치(120)는 PWM 동작(온/오프)을 하면서 에너지를 도통시키고, 충전스위치(140)는 동작을 멈춰서(계속 오프) 에너지의 도통을 차단시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치가 에너지를 저장하는 동작 및 강압형 컨버터를 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 공통스위치/저주파 필터(130) 및 충전스위치(140)는 서로 연동하여 강압형 컨버터(Buck converter)로 동작할 수 있다.
에너지 저장 장치(100)가 에너지를 저장하는 동작은 2가지로 구분할 수 있다. 제1 동작은 전원(200)에서 승압형 컨버터(110)를 거쳐 DC링크 캐패시터단(150)으로 에너지를 보내면서 승압시키고, 양방향 컨버터를 거쳐 DC링크 캐패시터단(150)의 승압된 에너지를 배터리로 보내면서 전압을 강압시키는 동작이다. 제2 동작은 전원(200)에서 충전스위치(140)가 포함된 강압형 컨버터로 에너지를 보내면서 전압을 강압시키는 동작이다.
상기 제1 동작을 수행하기 위하여, 양방향 스위치(120) 및 공통스위치/저주파 필터(130)는 상보적으로 PWM 스위치 동작을 하면서(오/오프 반복) 에너지의 도통시키고, 충전스위치(140)는 동작을 멈춰서(계속 오프) 에너지의 도통을 차단시킬 수 있다. 상기 제1 동작은 승압형 컨버터(110) 및 양방향 컨버터 모두에서 저항 성분과 펄스 폭 변조(PWM) 스위칭에 의해 손실이 발생하므로, 에너지 손실이 커질 수 있다.
상기 제2 동작을 수행하기 위하여, 양방향 스위치(120)는 동작을 멈춰서(계속 오프) 에너지의 도통을 차단시키고, 공통스위치/저주파 필터(130) 및 충전스위치(140)는 상보적으로 PWM 스위치 동작을 하면서(공통스위치가 온 할 때 충전스위치는 오프, 반대로 공통스위치가 오프할 때에는 충전스위치가 온) 에너지를 도통시킬 수 있다. 즉, 전원에서 공급받는 에너지를 배터리에 저장시키기 위하여 하나의 강압 컨버터를 통과시킴으로써, 배터리 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치를 나타낸 회로도이다.
도 4를 참조하면, 에너지 저장 장치(100)에 포함된 양방향 스위치(120)는 제1 스위치(121)를 포함할 수 있다.
또한, 에너지 저장 장치(100)에 포함된 공통스위치/저주파 필터(130)는 제2 스위치(131), 인덕터(132) 및 캐패시터(133)를 포함할 수 있다.
또한, 에너지 저장 장치(100)에 포함된 충전스위치(140)는 제3 스위치(141) 및 다이오드(142)를 포함할 수 있다.
상기 양방향 스위치(120) 및 상기 공통스위치/저주파 필터(130)는 양방향 동기형(Synchronous) 벅/부스트 컨버터로서 제1 스위치(121), 제2 스위치(131) 및 인덕터(132)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 양방향 스위치(120) 및 상기 공통스위치/저주파 필터(130)는 각각 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(131)의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 승압 또는 강압시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 양방향 스위치(120) 및 상기 공통스위치/저주파 필터(130) 사이의 중간 전압을 이용하여 설명한다. 상기 제1 스위치(121)이 켜지고 상기 제2 스위치(131)가 꺼지는 제1 상태의 경우, 상기 중간 전압의 크기는 입력 전압의 크기와 같다. 또한, 상기 제1 스위치(121)이 꺼지고 상기 제2 스위치(131)가 켜지는 제2 상태의 경우, 상기 중간 전압의 크기는 0이다. 상기 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(131)의 온/오프를 제어는 상기 제1 상태 및 제2 상태의 반복을 의미할 수 있다.
상기 제1 상태 및 제2 상태의 반복에 의해 상기 중간 전압은 구형파 형태가 될 수 있다. 이때, 상기 공통스위치/저주파 필터(130)에 포함된 인덕터(132) 및 캐패시터(133)는 상기 중간 전압에 포함된 고주파 성분을 여과시킬 수 있다. 따라서, 상기 중간 전압은 상기 공통스위치/저주파 필터(130)를 통과하면서 평활화된 전압의 형태로 변환될 수 있다.
여기서, 평활화된 전압의 크기는 상기 구형파의 평균 전압이다. 따라서, 상기 평활화된 전압의 크기는 상기 구형파의 제1 상태의 전압과 상기 구형파의 듀티비의 곱이 된다. 상기 듀티비가 100%가 아닌 경우, 상기 평활화된 전압의 크기는 상기 구형파의 제1 상태의 전압보다 작다. 즉, 상기 양방향 스위치(120)를 통해 입력된 에너지의 전압은 강압되어 상기 공통스위치/저주파 필터(130)를 통해 평활화된 전압으로 출력될 수 있다.
상기 양방향 컨버터가 전술한 전압의 강압 과정을 역으로 수행할 경우, 전압을 승압시킬 수 있다. 따라서, 상기 공통스위치/저주파 필터(130)를 통해 입력되는 에너지의 전압은 승압되어 상기 양방향 스위치(120)를 통해 승압된 에너지를 출력할 수 있다.
상기 공통스위치/저주파 필터(130) 및 상기 충전스위치(140)는 강압형 컨버터로서 제2 스위치(131), 제3 스위치(141) 및 인덕터(132)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 스위치(131) 및 인덕터(132)는 상기 양방향 컨버터에 있는 소자를 공통으로 사용할 수 있다.
상기 공통스위치/저주파 필터(130) 및 상기 충전스위치(140)는 각각 제2 스위치(131) 및 제3 스위치(141)의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 강압시킬 수 있다. 전압의 강압 과정은 상기 양방향 컨버터의 강압 과정과 실질적으로 동일하다.
그러나, 상기 강압형 컨버터는 전술한 전압의 강압 과정을 역으로 수행하지 못할 수 있다. 상기 충전스위치(140)는 배터리(300)로부터 전원(200)으로 에너지가 흐르는 것을 방지하는 방향으로 연결된 다이오드(142)를 포함할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 상기 전원(200)은 전기 이외의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전 기능을 수행할 뿐, 전기 에너지를 전기 이외의 에너지로 변환하는 기능은 수행하지 않을 수 있다.
여기서, 상기 배터리(300)로부터 상기 충전스위치(140)를 통해 상기 전원(200)으로 에너지가 흐를 경우 적어도 3가지의 문제가 발생할 수 있다. 첫째, 상기 전원(200)이 손상될 수 있다. 둘째, 상기 배터리(300)로부터 전력계통(500)으로 에너지를 출력할 때, 에너지가 누설될 수 있다. 셋째, 상기 충전스위치(140)에서의 최대출력점 동작(MPPT) 수행이 방해될 수 있다. 즉, 상기 충전스위치(140)가 배터리(300)로부터 전원(200)으로 에너지가 흐르는 것을 방지하는 방향으로 연결된 다이오드(142)를 포함함으로써, 상기 3가지 문제점을 해결할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 에너지 저장 장치 110: 승압형 컨버터
120: 양방향 스위치 121: 제1 스위치
130: 공통스위치/저주파 필터 131: 제2 스위치
132: 인덕터 133: 캐패시터
140: 충전스위치 141: 제3 스위치
142: 다이오드 150: DC링크 캐패시터단
200: 전원 300: 배터리
400: 인버터 500: 전력계통

Claims (8)

  1. DC링크 캐패시터단;
    전원으로부터 입력 받은 에너지의 전압을 승압시켜 상기 DC링크 캐패시터단으로 출력하는 승압형 컨버터;
    배터리에 저장된 에너지를 상기 DC링크 캐패시터단으로 출력하고, 상기 DC링크 캐패시터단에 저장된 에너지를 상기 배터리에 저장하는 양방향 스위치;
    상기 전원으로부터 에너지를 입력 받아 상기 배터리에 저장하는 충전스위치; 및
    상기 양방향 스위치 및/또는 충전스위치로부터 배터리에 저장되는 에너지를 강압시키고, 상기 배터리에서 상기 양방향 스위치 및/또는 충전스위치로 방전되는 에너지를 승압시키는 공통스위치; 를 포함하고,
    상기 충전스위치는 상기 공통스위치와 함께 상보적으로 펄스 폭 변조(PWM) 스위칭 동작을 하여 최대 전력 점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT)에 따른 강압 전압을 결정하는 에너지 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양방향 스위치는 제1 스위치를 포함하고,
    상기 공통스위치는 제2 스위치를 포함하고,
    상기 충전스위치는 제3 스위치를 포함하고,
    상기 양방향 스위치 및 상기 공통스위치는 각각 제1 스위치 및 제2 스위치의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 승압 또는 강압시키고,
    상기 공통스위치 및 상기 충전스위치는 각각 제2 스위치 및 제3 스위치의 온/오프를 제어하여 도통되는 에너지의 전압을 강압시키는 에너지 저장 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 DC링크 캐패시터단에서 출력되는 에너지의 전압을 직류에서 교류로 변환시켜 전력계통으로 출력하고, 전력계통에서 입력되는 에너지의 전압을 교류에서 직류로 변환시키는 인버터를 더 포함하는 에너지 저장 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충전스위치는 상기 배터리로부터 상기 전원으로 에너지가 흐르는 것을 방지하는 방향으로 연결된 다이오드를 포함하는 에너지 저장 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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