KR20160117239A - 전원 공급 시스템 및 에너지 저장 시스템 - Google Patents

전원 공급 시스템 및 에너지 저장 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전원 공급 시스템, 및 전원 공급 시스템의 에너지 저장 시스템에 관한 것이다. 전원 공급 시스템은 보조 전원 출력을 제공하기 위해 사용되고, 제1 에너지 저장 장치, 상기 제1 에너지 저장 장치에 결합된 제1 컨버터, 및 제1 변압기, 제1 다이오드, 및 커패시터를 포함한다. 제1 컨버터는 제1 스위치 및 제2 스위치를 직렬로 포함한다. 제1 변압기는 제1 에너지 저장 장치로부터의 고전압을 보조 전원 출력 단자에서 저전압 출력으로 변환하고, 일차 권선 및 이차 권선을 포함한다. 일차 권선은 제1 에너지 저장 장치와 제1 및 제2 스위치의 접합부에 접속되고, 이차 권선의 동명(homonymous) 단자는 제1 다이오드를 통해 보조 전압 출력에 접속되고, 동의(synonymous) 단자는 접지(earth)에 접속된다. 제1 커패시터의 하나의 종단은 제1 다이오드 캐소드에 접속되고, 다른 종단은 접지에 접속된다. 본 발명의 전원 공급 시스템은 작고, 고전력 밀도를 갖고, 비용을 크게 줄인다.

Description

전원 공급 시스템 및 에너지 저장 시스템{POWER SUPPLY SYSTEM AND ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 에너지 공급 기술 도메인에 관한 것이고, 보다 구체적으로, 전원 공급 시스템뿐만 아니라 전원 공급 시스템을 갖는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
세계 석유 소비의 지속적인 증가와 점점 더 중요한 환경 문제에 따라, 에너지 소비 감소 및 재사용 가능한 에너지 원의 개발 및 사용이 급속한 가속 발전 추세에 있다. 이러한 발전에 따라, 순수 전기 차량 및 하이브리드 차량을 비롯한 신 재생 에너지 원을 사용하는 새로운 타입의 전기 차량이 출현했다.
전기 전원 시스템에서는, 일반적으로 고전압과 저전압의 두 가지 종류의 전압이 있다. 고전압은 배터리 전압을 위한 것으로, 차량의 주행 및 동작을 위한 총 에너지가 전원 배터리에 의해 제공된다. 저전압은 제어된 전압으로, 이는 모터 제어 유닛, 대시보드 및 각종 램프 등을 위해 사용될 수 있다. 전기 차량 전원 시스템의 기존의 전원 시스템에 있어서, 별도의 보조 전원 유닛이 일반적으로 배터리의 고전압을 위해 필요하다(예를 들어, 48 V는 저전압 12 V로 변환됨). 그러나, 기존의 독립적인 보조 전원에 있어서, 별도의 인버터가 보조 전원 공급 기구를 제공하기 위해 필요하고, 이는 높은 비용을 초래한다. 전기 차량의 공간 제약을 고려하여, 이러한 독립적인 전원 공급 기구를 추가하는 것은 많은 양의 공간을 차지해야 한다. 그러므로, 이러한 전원 시스템 구성의 제한된 공간 내에서, 별도의 보조 전원 구조는 분명히 저전력 밀도를 야기할 것이다.
그러므로, 앞서 언급한 문제점 중 적어도 하나를 해결하기 위해 개선된 시스템을 제공하는 것이 필요하다.
본 발명의 일 양태는 보조 전원 출력을 제공하기 위해 사용되는 전원 공급 시스템을 제공하기 위한 것이고, 제1 에너지 저장 장치, 상기 제1 에너지 저장 장치에 결합된 제1 컨버터, 및 제1 변압기, 제1 다이오드, 및 커패시터를 포함한다. 제1 컨버터는 제1 스위치 및 제2 스위치를 직렬로 포함한다. 제1 변압기는 제1 에너지 저장 장치로부터의 고전압을 보조 전원 출력 단자에서 저전압 출력으로 변환하고, 일차 권선 및 이차 권선을 포함한다. 상기 변압기의 일차 권선은 제1 에너지 저장 장치와 제1 및 제2 스위치의 접합부에 접속되고, 변압기의 이차 권선에서, 동명(homonymous) 단자는 제1 다이오드를 통해 보조 전압 출력에 접속되고, 동의(synonymous) 단자는 접지(earth)에 접속되는 것으로, 이차 권선의 하나의 종단은 제1 다이오드 캐소드에 접속되고, 다른 종단은 접지에 접속된다.
본 발명의 다른 양태는 에너지 관리 시스템을 관리 및 제어하기 위해 사용되는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것으로, 이는 앞서 기재된 전원 공급 시스템의 모든 항목들을 포함한다. 전원 공급 시스템에서의 제1 컨버터의 출력 단자는 DC 버스 부하선에 접속된다.
기존의 독립적 보조 전원 구조와 비교하면, 본 발명의 전원 공급 시스템 및 에너지 저장 시스템은 통합된 보조 전원 구조를 사용한다. 이러한 통합된 구조는 단지 몇 가지 추가 요소들만 사용하지만, 보조 전원 공급 기구의 모든 필요 기능을 실현할 수 있으므로, 전원 공급 설계를 간략화할 수 있다. 이 구조는 많은 공간을 차지하지 않는다. 그러므로, 본 발명의 전원 공급 시스템 및 에너지 저장 시스템은 작지만, 여전히 고전력 밀도를 제공할 수 있다. 또한, 이러한 전원 공급 시스템 및 에너지 저장 시스템 발명은 비용을 크게 줄일 수 있다.
다음 상세한 설명을 읽을 때 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 이들 및 다른 특징, 양태 및 장점을 명확하게 이해할 수 있다. 첨부 도면에서, 동일한 요소 참조 번호는 모든 도면에서 동일한 부분을 나타내기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명의 방법을 구현하는 하나의 가능한 전원 공급 시스템의 개략적인 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전원 공급 시스템에 대한 몇 가지 전압 파형을 도시한다.
도 3은 본 발명의 방법을 구현하는 다른 가능한 전원 공급 시스템의 개략적인 회로도이다.
도 4는 본 발명의 방법을 구현하는 추가의 가능한 전원 공급 시스템의 개략적인 회로도이다.
도 5는 도 4에 도시된 전원 공급 시스템에 대한 몇 가지 전압 파형을 도시한다.
본 발명 분야의 기술자가 본 발명을 분명히 이해하는 것을 돕기 위해서, 다음은 본 발명의 특정 구현예의 상세한 설명과 도면을 결합한다. 특정 구현 방법에 대한 다음의 상세한 설명에서, 본 명세서는 본 발명의 개시 내용에 영향을 미치는 불필요한 세부 사항을 피하기 위해, 일반적으로 어떠한 공지된 기능 또는 구성도 설명하지 않는다.
달리 정의된 바가 없으면, 청구 범위 및 명세서에서 사용된 기술 용어 또는 과학 용어는 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 이해되는 통상적인 의미여야 한다. 본 명세서 및 청구 범위에 사용되는 "제1", "제2" 및 유사한 단어는 임의의 순서, 양, 또는 중요도를 나타내는 것이 아니라, 단지 상이한 컴포넌트들을 구별하기 위해 사용된다. "단수 표현(a)" 및 유사한 단어는 단일 단위를 의미하는 것이 아니라, 적어도 하나의 존재를 나타낸다. "포함" 또는 "소유" 및 다른 유사한 단어는, "포함" 또는 "소유" 전에 나타나는 요소 또는 객체가 다른 요소 또는 객체를 배제하지 않고 열거된 요소 또는 객체, 및 "포함" 또는 "소유" 이후에 나타나는 이들의 등가물을 포함한다는 것을 의미한다. "접속" 또는 "결합" 및 다른 유사한 단어는 물리적 또는 기계적 접속으로 한정되는 것이 아니라, 직접 또는 간접 방식 중 어느 하나의 전기적 접속을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 방법을 구현하는 하나의 가능한 전원 공급 시스템의 개략적인 회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 특정 구현예는 보조 전원 출력(O)을 제공하기 위해 사용되는 전원 공급 시스템(100)을 제공하기 위한 것이고, 제1 에너지 저장 장치(11), 상기 제1 에너지 저장 장치(11)에 결합된 제1 컨버터(21), 및 제1 변압기(T1), 제1 다이오드(D1), 및 제1 커패시터(C1)를 포함한다.
제1 에너지 저장 장치(11)는 배터리, 슈퍼 커패시터, 연료 전지 또는 태양 전지를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 특정 구현예에서, 제1 에너지 저장 장치(11)는 배터리이다.
제1 컨버터는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)를 직렬로 포함한다. 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)는 병렬로 접속된 반도체 스위치 및 다이오드를 포함할 수 있다. 반도체 스위치의 예는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)이다. 물론, 다른 타입의 반도체 스위치들이 또한 사용될 수 있다.
제1 변압기(T1)는 제1 에너지 저장 장치(11)(배터리)로부터의 고전압을 보조 전원 출력(O)에서 저전압(VO)(예컨대, 12 V)으로 변환하기 위해 사용된다. 제1 변압기(T1)는 일차 권선(T11) 및 이차 권선(T12)을 포함한다. 제1 변압기(T1)의 일차 권선(T11)은 제1 에너지 저장 장치(11)와 제1 컨버터(21)의 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)의 접속점(A1) 사이에 접속된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 예에서, 제1 변압기(T1)의 일차 권선(T11)은 제1 에너지 저장 장치(11)의 양의 전극측과 접속되고, 제1 변압기(T1)의 일차 권선(T11)의 음의 전극 종단은 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2) 사이의 접속점(A1)에 접속된다. 제1 변압기(T1)의 이차 권선(T12)의 단자는 제1 다이오드(D1)에 의해 보조 전원 출력(0)에 접속되고, 제1 변압기(T1)의 이차 권선(T12)의 다른 단자는 접지에 접속된다.
제1 커패시터(C1)의 하나의 종단은 다이오드(D1) 캐소드에 접속되고, 제1 커패시터(C1)의 다른 종단은 접지에 접속된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이러한 특정 구현예에서, 전원 공급 시스템(100)은 또한 필터 회로(4)를 포함할 수 있다. 필터 회로(4)는 제1 다이오드(D1) 및 제1 커패시터(C1)의 접속점(m)과 보조 전원 출력(O) 사이에 결합된다. 필터 회로(4)는 제1 다이오드(D1)와 제1 커패시터(C1) 사이의 접속점(m)에서 전압(Vm)의 미세 필터링을 수행하기 위한 것이다. 예에서, 필터 회로(4)는 저압 강하 전압 안정기(저전압 강하 레귤레이터; Low Dropout Regulator, LDO)(40) 및 제2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. LDO(40)의 입력은 제1 다이오드(D1) 및 제1 커패시터(C1)의 접속점(m)에 결합된다. 제2 커패시터(C2)의 하나의 종단은 LDO(40)의 출력에 접속되고, 제2 커패시터(C2)의 다른 종단은 접지에 접속된다.
도 1을 참조하면, 제1 변압기(T1)의 이차 권선(T12), 및 제1 변압기(T1)의 일차 권선(T11)은 제1 다이오드(D1)와 제1 커패시터(C1) 사이의 접속점(m)에 접속된다.
도 1에 따르면, 제1 변압기(T1)의 일차 권선(T11)의 양 종단의 전압(V)은 다음 수학식을 만족한다.
V1-VPN≤VL1≤V1
수학식에서, V1은 제1 에너지 저장 장치(11)의 전압을 나타내고, VPN은 제1 컨버터(21)로부터의 두 개의 출력(P 및 N) 사이의 전압을 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 전원 공급 시스템(100)에 대한 몇 가지 전압 파형을 도시한다. 도 1 및 도 2를 조합하면, 일차 권선(T11)의 종단에서의 제1 변압기(T1)의 전압(VL1)이 순방향 전압(V1)인 경우, 다이오드(D1)는 전도성이되고, 제1 다이오드(D1)와 제1 커패시터(C1) 사이의 접속점(m)으로부터 출력 전압(Vm)이 있다. 제1 변압기(T1)의 일차 권선(T11)의 전압(VL1)이 역방향 전압(V1-VPN)인 경우, 다이오드(D1)는 차단되고, 제1 다이오드(D1)와 제1 커패시터(C1) 사이의 접속점(m)에서 출력 전압이 없다. 즉, 제1 다이오드(D1)와 제1 커패시터(C1) 사이의 접속점(m)에서의 전압(Vm)은 0이다.
그러므로, 제1 변압기(T1)의 이차 권선(T12) 상의 턴 수(N12)는 다음 수학식에 따라 선택될 수 있다.
N12=(N11×Vm)/V1
도 1에 도시된 바와 같은 전원 공급 시스템(100)은 필터 회로(4)를 포함하지 않을 수 있다. 보조 전원 출력(O)의 출력 전압(VO)은 제1 다이오드(D1)와 제1 커패시터(C1) 사이의 접속점(m)에서의 출력 전압(Vm)이다. 도 1에 도시된 바와 같은 전원 공급 시스템(100)이 필터 회로(4)를 포함하는 경우, 보조 전원 출력(O)의 출력 전압(VO)은 제1 다이오드(D1)와 제1 커패시터(C1) 사이의 접속점에서 필터링 이후의 출력 전압(Vm)이다(도 2에 도시된 바와 같이, + 12 V). 그러므로, 제1 에너지 저장 장치(11)의 전압(V1), 보조 전원 출력(0)의 출력 전압(V0), 및 제1 변압기(T1)의 일차 권선(T11) 상의 턴 수(N11)가 공지되면, 제1 변압기(T1)의 이차 권선(T12) 상의 요구되는 턴 수(N12)는 용이하게 획득될 수 있다.
도 1에 도시된 특정 구현 방법에서, 전원 공급 시스템(100)은 멀티 소스 시스템일 수 있다. 그러므로, 전원 공급 시스템(100)은 또한 제2 에너지 저장 장치(12), 및 제2 에너지 저장 장치(12)에 결합된 제2 컨버터(22)를 포함할 수 있다. 제2 컨버터(22)의 출력 단자와 제1 컨버터(21)의 출력 단자(P 및 N)는 함께 접속된다. 제2 에너지 저장 장치(12)와 제2 컨버터(22) 사이에 제2 인덕터(L2)가 존재한다.
제2 에너지 저장 장치(12)는 제1 에너지 저장 장치(11)와는 상이한 배터리, 슈퍼 커패시터, 연료 전지 및 태양 전지를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 전원 공급 시스템(100)에서, 제2 에너지 저장 장치(12)는 슈퍼 커패시터이다.
제2 컨버터(22)는 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)를 직렬로 포함한다. 유사하게, 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)는 병렬로 접속된 반도체 스위치 및 다이오드를 포함할 수 있다. 반도체 스위치의 예는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)이다. 물론, 다른 타입의 반도체 스위치들이 또한 사용될 수 있다.
도 1의 전원 공급 시스템(100)에서, 이차 권선이 현재의 전기 시스템 상의 제1 컨버터(21) 상의 인덕터 사이에 탭을 통해 추가될 수 있으므로, 원래 기존의 인덕터를 변압기(제1 변압기(T1))로 변경할 수 있다. 다이오드(제1 다이오드(D1)) 및 커패시터(제1 커패시터(C1))를 추가하는 것은 보조 전원 공급 기구를 실현할 수 있으므로, 전원 공급 시스템(100)에 보조 전원 공급 구조를 통합할 수 있다.
기존의 독립적인 보조 전원 구조와 비교하면, 본 발명은 통합된 보조 전원 구조(100)를 이용한다. 이러한 통합된 구조는 단지 몇 가지 추가 요소들만 사용하지만, 보조 전원 공급 기구의 모든 필요 기능을 실현할 수 있으므로, 전원 공급 설계를 간략화할 수 있다. 이 구조는 많은 공간을 차지하지 않는다. 그러므로, 본 발명의 전원 공급 시스템(100) 및 에너지 저장 시스템은 작지만, 여전히 고전력 밀도를 제공할 수 있다. 또한, 이러한 전원 공급 시스템(100) 발명은 비용을 크게 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 방법을 구현하는 다른 가능한 전원 공급 시스템(200)의 개략적인 회로도이다. 도 3에서, 도 1의 전원 공급 시스템(100)과의 차이는, 도 3에서 도시된 전원 공급 시스템(200)에서 제1 에너지 저장 장치(11)가 슈퍼 커패시터인 것이다. 제1 변압기(T1)는 슈퍼 커패시터로부터의 고전압을 보조 전원 출력(0)에서 저전압(VO)으로 변환하기 위해 사용된다.
도 3에 도시된 특정 구현 방법에서, 전원 공급 시스템(200)은 멀티 소스 시스템일 수 있다. 그러므로, 전원 공급 시스템(200)은 또한 제2 에너지 저장 장치(12), 및 제2 에너지 저장 장치(12)에 결합된 제2 컨버터(22)를 포함할 수 있다. 제2 컨버터(22)의 출력 단자 및 제1 컨버터(21)의 출력 단자(P 및 N)는 함께 접속된다. 제2 에너지 저장 장치(12)와 제2 컨버터(22) 사이에 별도의 인덕터(L2)가 존재한다.
그러나, 도 3에서, 도 1의 전원 공급 시스템(100)과의 차이는, 도 3에서 도시된 전원 공급 시스템(200)에서 제2 에너지 저장 장치(12)가 배터리인 것이다.
도 3에 도시된 전원 공급 시스템은 도 1에 도시된 바와 같은 전원 공급 시스템(100)에 필적하는 효율을 달성할 수 있어서, 여기에서 반복되지 않는다.
도 4는 본 발명의 방법을 구현하는 또 다른 가능한 전원 공급 시스템(300)의 개략적인 회로도이다. 도 4에 도시된 바와 같은 특정 구현예에서, 전원 공급 시스템(300)은 멀티 소스 시스템이다. 도 1에 도시된 전원 공급 시스템(100)과 유사하게, 전원 공급 시스템(300)은 도 4에 도시된 바와 같은 멀티 소스 시스템이고, 보조 전원 출력(0)을 제공하기 위해 사용되며, 제1 에너지 저장 장치(11), 제1 에너지 저장 장치(11)에 결합된 제1 컨버터(21), 제1 변압기(T1), 제1 다이오드(D1), 제2 에너지 저장 장치(12), 및 제2 에너지 저장 장치(12)에 결합된 제2 컨버터(22)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같은 멀티 소스 시스템(100)과의 차이는, 도 4에 도시된 전원 공급 시스템(300)이 또한 제2 변압기(T2)를 포함한다는 것이다. 제2 변압기(T2)는 제2 에너지 저장 장치(12)로부터의 고전압을 보조 전압 출력에서 저전압(VO)으로 변환한다. 제2 변압기(T2)는 일차 권선(T21) 및 이차 권선(T22)을 포함한다. 제2 변압기(T2)의 일차 권선(T21)은 제2 에너지 저장 장치(12)와 제2 컨버터(22)의 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)의 접속점(A2) 사이에 접속된다. 예를 들어, 도 4에 도시된 예에서, 제2 변압기(T2)의 일차 권선(T21)은 제2 에너지 저장 장치(12)의 양의 전극측과 접속되고, 제2 변압기(T2)의 일차 권선(T21)의 음의 전극 종단은 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4) 사이의 접속점(A2)에 접속된다. 제2 변압기(T2)의 이차 권선(T22)의 단자는 제2 다이오드(D2)를 거쳐 제1 다이오드(D1)와 제1 커패시터(C1) 사이의 접속점(m)에 접속되고, 다른 단자는 접지에 접속된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이러한 특정 실시예에서, 전원 공급 시스템(300)은 또한 필터 회로(4)를 포함할 수 있고, 필터 회로(4)는 보조 전원 출력(O)과 제1 다이오드(D1)와 제1 커패시터(C1)의 접속점(m) 사이에 결합 및 접속된다. 필터 회로(4)는 제1 다이오드(D1)와 제1 커패시터(C1) 사이의 접속점(m)에서 전압(Vm)의 미세 필터링을 수행하기 위한 것이다. 예에서, 필터 회로(4)는 저압 강하 전압 안정기(LDO)(40) 및 제2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. LDO(40)의 입력은 제1 다이오드(D1) 및 제1 커패시터(C1)의 접속점(m)에 결합된다. 제2 커패시터(C2)의 하나의 종단은 LDO(40)의 출력에 접속되고, 제2 커패시터(C2)의 다른 종단은 접지에 접속된다.
도 4를 참조하면, 이러한 제1 변압기(T1)의 일차 권선(T11)의 턴 수는 N11이고, 제1 변압기(T1)의 이차 권선(T12)의 턴 수는 N12이고, 제1 변압기(T1)에 대한 일차 권선(T11)의 두 개의 단자에 걸친 전압은 VL1이며, 제1 다이오드(D1)와 제1 커패시터(C1) 사이의 접속점(m)에서의 전압은 Vm이다. 제2 변압기(T2)의 일차 권선(T21)의 턴 수는 N21이고, 제2 변압기(T2)의 이차 권선(T22)의 턴 수는 N22이며, 제2 변압기에 대한 일차 권선(T21) 상의 두 개의 단자 간의 전압은 VL2이다.
도 4에 따르면, 변압기(T1)의 일차 권선(T11)의 양 종단의 전압(V)은 다음 수학식을 만족한다.
V1-VPN≤VL1≤V1
수학식에서, V1은 제1 에너지 저장 장치(11)의 전압을 나타내고, VPN은 제1 컨버터(21)로부터의 두 개의 출력(P 및 N) 사이의 전압을 나타낸다.
도 4에 따르면, 변압기(T2)의 일차 권선(T21)의 양 종단의 전압(VL2)은 다음 수학식을 만족한다.
V2-VPN≤VL2≤V2
수학식에서, V2는 제2 에너지 저장 장치(12)의 전압을 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 전원 공급 시스템(300)에 대한 몇 가지 전압 파형을 도시한다. 도 4 및 도 5에 도시된 것을 참조하면, 제1 변압기(T1)의 일차 권선(T11)의 종단에서의 전압(VL1)이 고전압이고, 제2 변압기(T2)의 일차 권선(T21)의 종단에서의 전압(VL2)이 저전압이면, 제1 다이오드(D1)는 전도성이지만, 제2 다이오드(D2)는 차단되며, 이 시점에서, 제1 다이오드(D1) 및 제1 커패시터(C1)의 접합부(m)의 전압(Vm)은 제1 변압기(T1)의 이차 권선(T12)의 종단에서의 전압에 동일하고, 제1 변압기(T1)의 일차 권선(T11)의 종단에서의 전압(VL1)이 저전압이고, 제2 변압기(T2)의 일차 권선(T21)의 종단에서의 전압(VL2)이 고전압이면, 제1 다이오드(D1)은 차단되지만, 제2 다이오드(D2)는 전도성이되며, 이 시점에서, 제1 다이오드(D1) 및 제1 커패시터(C1)의 접합부(m)의 전압(Vm)은 제2 변압기(T2)의 이차 권선(T22)의 종단에서의 전압에 동일하고, 제1 변압기(T1)의 일차 권선(T11)의 종단에서의 전압(VL1), 및 제2 변압기(T2)의 일차 권선(T21)의 종단에서의 전압(VL2)이 저전압이면, 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)는 차단되며, 이 시점에서, 제1 다이오드(D1) 및 제1 커패시터(C1)의 접합부(m)의 전압(Vm)은 어떠한 출력 전압도 없고, 즉, 제1 다이오드(D1) 및 제1 커패시터(C1)의 접합부(m)의 전압(Vm)은 0이다.
그러므로, 제1 변압기(T1)의 이차 권선(T12) 상의 턴 수(N12)는 다음 수학식에 따라 선택될 수 있다.
N12=(N11×Vm)/V1
그러므로, 제2 변압기(T2)의 이차 권선(T22) 상의 턴 수(N22)는 다음 수학식에 따라 선택될 수 있다.
N22=(N21×Vm)/V2
도 4에 도시된 바와 같은 전원 공급 시스템(300)은 필터 회로(4)를 포함하지 않을 수 있다. 보조 전원 출력(O)의 출력 전압(VO)은 제1 다이오드(D1)와 제1 커패시터(C1) 사이의 접속점(m)에서의 출력 전압(Vm)이다. 도 4에 도시된 바와 같은 전원 공급 시스템(300)이 필터 회로(4)를 포함하는 경우, 보조 전원 출력(O)의 출력 전압(VO)은 제1 다이오드(D1)와 제1 커패시터(C1) 사이의 접속점에서 필터링 이후의 출력 전압(Vm)이다(도 5에 도시된 바와 같이, + 12 v). 그러므로, 제1 에너지 저장 장치(11), 제2 에너지 저장 장치(12)의 공지된 전압(V1, V2), 보조 전원 출력(O)의 출력 전압(VO)에서, 제1 변압기(T1)의 일차 권선(T11)의 턴 수(N11) 및 제2 변압기(T2)의 일차 권선(T21)의 턴 수(N21)로, 제1 변압기(T1)의 이차 권선(T12)의 원하는 턴 수(N12) 및 제2 변압기(T2)의 이차 권선(T22)의 원하는 턴 수(N22)를 용이하게 획득할 수 있다.
도 5의 전원 공급 시스템(300)에서, 이차 권선이 현재 전기 시스템 상의 제1 컨버터(21)와 제2 컨버터(22) 상의 각각의 인덕터 사이에 탭을 통해 추가될 수 있으므로, 제1 컨버터(21)와 제2 컨버터(22) 상의 원래의 인덕터를 두 개의 변압기(제1 변압기(T1) 및 제2 변압기(T2))로 변경할 수 있다. 두 개의 다이오드(제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)) 및 커패시터(제1 커패시터(C1))를 추가하는 것은 보조 전원 공급 기구를 실현할 수 있으므로, 전원 공급 시스템(300)에 보조 전원 공급 구조를 통합할 수 있다.
기존의 독립적인 보조 전원 구조와 비교하면, 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명은 통합된 보조 전원 구조(300)를 이용한다. 이러한 통합된 구조는 단지 몇 가지 추가 요소들만 사용하지만, 보조 전원 공급 기구의 모든 필요 기능을 실현할 수 있으므로, 전원 공급 설계를 간략화할 수 있다. 이 구조는 많은 공간을 차지하지 않는다. 그러므로, 본 발명의 전원 공급 시스템(300) 및 에너지 저장 시스템은 작지만, 여전히 고전력 밀도를 제공할 수 있다. 또한, 이러한 전원 공급 시스템(300) 발명은 비용을 크게 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 일종의 에너지 저장 시스템을 제공한다. 에너지 저장 시스템은, 도 1, 도 3, 및 도 4의 전원 공급 시스템(100, 200 또는 300) 중 임의의 전원 공급 시스템을 포함할 수 있다. 전원 공급 시스템(100, 200 및 300)에서, 제1 컨버터의 출력 단자(P 및 N)는 DC 버스 부하(도시되지 않음)에 접속된다.
에너지 관리 시스템(도시되지 않음)의 관리 및 제어를 위해 전원 공급 시스템(100, 200, 300)에 이용되는 에너지 저장 시스템이 또한 포함된다. 제1 에너지 저장 장치(11)를 포함하는 전원 공급 시스템(100, 200, 300) 하에서, 에너지 관리 시스템은 제1 에너지 저장 장치(11)를 제어하기 위해 이용되고, 제1 에너지 저장 장치(11) 및 제2 에너지 저장 장치(12)를 포함하는 전원 공급 시스템(100, 200, 300)의 경우, 에너지 관리 시스템은 제1 에너지 저장 장치(11) 및 제2 에너지 저장 장치(12)를 제어하기 위해 이용된다.
에너지 저장 시스템은 전기 차량에 적용되는 동적 애플리케이션으로서 사용될 수 있고, 전력망에 적용되는 정적 애플리케이션으로서 사용될 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 시스템이 전기 차량에 적용되는 경우, 에너지 저장 시스템의 DC 버스 부하선은 전기 차량의 구동 시스템을 포함할 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 시스템이 정적 애플리케이션으로서 이용되는 경우, 본 발명의 에너지 저장 시스템의 DC 버스 부하선은 컨버터 및 컨버터의 전력망을 포함할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 에너지 저장 시스템은 작고, 전원 공급 시스템(100, 200, 및 300)에 도시된 바와 같이 사용되는 경우 고전력 밀도를 갖는다. 또한, 본 발명의 에너지 저장 시스템은 비용을 크게 줄일 수 있다.
본 발명은 특정 구현 방법에 관해 설명하지만, 본 발명 분야의 기술자는 다수의 수정 및 변형이 본 발명에서 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 그러므로, 특허 청구 범위의 목적은 본 발명의 진정한 개념 및 범위 내에 포함된 모든 수정 및 변형에 놓여 있음을 인식해야 한다.

Claims (20)

  1. 전원 공급 시스템에 있어서,
    보조 전원 공급을 제공하기 위한 보조 전원 공급 출력 단자;
    제1 에너지 저장 장치;
    직렬로 접속된 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하며, 상기 제1 에너지 저장 장치에 결합된 제1 컨버터;
    상기 제1 에너지 저장 장치로부터의 고전압을 상기 보조 전원 공급 출력 단자에서 저전압 출력으로 변환하며, 일차 권선 및 이차 권선을 포함하는 제1 변압기로서, 상기 제1 변압기의 상기 일차 권선은 상기 제1 에너지 저장 장치와 상기 제1 및 상기 제2 스위치의 접속점 사이에 접속되고, 상기 제1 변압기의 상기 이차 권선의 도트 단자(dotted terminal)가 제1 다이오드를 통해 상기 보조 전원 공급 출력 단자에 접속되고, 상기 도트 단자의 반대 단자는 접지되는 것인, 제1 변압기; 및
    제1 커패시터로서, 상기 제1 커패시터의 한 단자는 상기 제1 다이오드의 음의 전극에 접속되고, 다른 단자는 접지되는 것인, 제1 커패시터
    를 포함하는 전원 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 다이오드와 상기 제1 커패시터의 접속점과 상기 보조 전원 공급 출력 단자 사이에 결합된 필터 회로
    를 더 포함하는 전원 공급 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 필터 회로는,
    저전압 강하 레귤레이터로서, 상기 저전압 강하 레귤레이터의 입력이 상기 제1 다이오드와 상기 제1 커패시터의 상기 접속점에 결합되는 것인, 저전압 강하 레귤레이터; 및
    제2 커패시터로서, 상기 제2 커패시터의 한 단자는 상기 저전압 강하 레귤레이터의 출력에 접속되고, 다른 단자는 접지되는 것인, 제2 커패시터
    를 포함하는 것인, 전원 공급 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 변압기의 상기 이차 권선의 턴 수(N12)는
    N12=(N11×Vm)/V1
    에 따라 선택되고,
    상기 N11은 상기 제1 변압기의 상기 일차 권선의 턴 수를 나타내고, V1은 상기 제1 에너지 저장 장치의 전압을 나타내며, Vm은 상기 제1 다이오드와 상기 제1 커패시터의 접속점의 전압을 나타내는 것인, 전원 공급 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    제2 에너지 저장 장치; 및
    직렬로 접속된 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하는 제2 컨버터로서, 상기 제2 컨버터는 상기 제2 에너지 저장 장치에 결합되고, 상기 제2 컨버터의 출력 단자들은 상기 제1 컨버터의 출력 단자들과 함께 접속되는 것인, 제2 컨버터
    를 더 포함하는 전원 공급 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 제1 에너지 저장 장치는 배터리를 포함하고, 상기 제2 에너지 저장 장치는 울트라 커패시터를 포함하며, 또는 상기 제1 에너지 저장 장치는 울트라 커패시터를 포함하고, 상기 제2 에너지 저장 장치는 배터리를 포함하는 것인, 전원 공급 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 에너지 저장 장치로부터의 고전압을 저전압으로 변환하고, 일차 권선 및 이차 권선을 포함하는 제2 변압기를 더 포함하고,
    상기 제2 변압기의 상기 일차 권선은 상기 제2 에너지 저장 장치와 상기 제3 및 상기 제4 스위치의 접속점 사이에 접속되고, 상기 제2 변압기의 상기 이차 권선의 도트 단자는 제2 다이오드를 통해 상기 제1 다이오드와 상기 제1 커패시터의 접속점에 접속되며, 상기 도트 단자의 반대 단자는 접지되는 것인, 전원 공급 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 다이오드와 상기 제1 커패시터의 상기 접속점과 상기 보조 전원 공급 출력 단자 사이에 결합된 필터 회로
    를 더 포함하는 전원 공급 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 필터 회로는,
    저전압 강하 레귤레이터로서, 상기 저전압 강하 레귤레이터의 입력이 상기 제1 다이오드와 상기 제1 커패시터의 상기 접속점에 결합되는 것인, 저전압 강하 레귤레이터; 및
    제2 커패시터로서, 상기 제2 커패시터의 한 단자는 상기 저전압 강하 레귤레이터의 출력에 접속되고, 다른 단자는 접지되는 것인, 전원 공급 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제2 변압기의 상기 이차 권선의 턴 수(N22)는
    N22=(N21×Vm)/V2
    에 따라 선택되고,
    상기 N21은 상기 제2 변압기의 상기 일차 권선의 턴 수를 나타내고, V2은 상기 제2 에너지 저장 장치의 전압을 나타내며, Vm은 상기 제1 다이오드와 상기 제1 커패시터의 접속점의 전압을 나타내는 것인, 전원 공급 시스템.
  11. 에너지 저장 시스템에 있어서,
    보조 전원 공급을 제공하기 위한 보조 전원 공급 출력 단자를 갖는 전원 공급 시스템을 포함하고,
    상기 전원 공급 시스템은,
    제1 에너지 저장 장치;
    직렬로 접속된 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하며, 상기 제1 에너지 저장 장치에 결합된 제1 컨버터로서, 상기 제1 컨버터의 출력 단자들은 DC 링크 부하에 접속되는 것인, 제1 컨버터;
    상기 제1 에너지 저장 장치로부터의 고전압을 상기 보조 전원 공급 출력 단자에서 저전압 출력으로 변환하며, 일차 권선 및 이차 권선을 포함하는 제1 변압기로서, 상기 제1 변압기의 상기 일차 권선은 상기 제1 에너지 저장 장치와 상기 제1 및 상기 제2 스위치의 접속점 사이에 접속되고, 상기 제1 변압기의 상기 이차 권선의 도트 단자가 제1 다이오드를 통해 상기 보조 전원 공급 출력 단자에 접속되고, 상기 도트 단자의 반대 단자는 접지되는 것인, 제1 변압기; 및
    제1 커패시터로서, 상기 제1 커패시터의 한 단자는 상기 제1 다이오드의 음의 전극에 접속되고, 다른 단자는 접지되는 것인, 제1 커패시터를 포함하는 것인, 상기 전원 공급 시스템; 및
    상기 제1 에너지 저장 장치를 제어하는 에너지 관리 시스템
    을 포함하는 에너지 저장 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 다이오드와 상기 제1 커패시터의 접속점과 상기 보조 전원 공급 출력 단자 사이에 결합된 필터 회로
    를 더 포함하는 에너지 저장 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 필터 회로는,
    저전압 강하 레귤레이터로서, 상기 저전압 강하 레귤레이터의 입력이 상기 제1 다이오드와 상기 제1 커패시터의 상기 접속점에 결합되는 것인, 저전압 강하 레귤레이터; 및
    제2 커패시터로서, 상기 제2 커패시터의 한 단자는 상기 저전압 강하 레귤레이터의 출력에 접속되고, 다른 단자는 접지되는 것인, 제2 커패시터
    를 포함하는 것인, 에너지 저장 시스템.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제1 변압기의 상기 이차 권선의 턴 수(N12)는
    N12=(N11×Vm)/V1
    에 따라 선택되고,
    상기 N11은 상기 제1 변압기의 상기 일차 권선의 턴 수를 나타내고, V1은 상기 제1 에너지 저장 장치의 전압을 나타내며, Vm은 상기 제1 다이오드와 상기 제1 커패시터의 접속점의 전압을 나타내는 것인, 에너지 저장 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    제2 에너지 저장 장치; 및
    직렬로 접속된 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하는 제2 컨버터로서, 상기 제2 컨버터는 상기 제2 에너지 저장 장치에 결합되고, 상기 제2 컨버터의 출력 단자들은 상기 제1 컨버터의 출력 단자들과 함께 접속되는 것인, 제2 컨버터
    를 더 포함하고,
    상기 에너지 관리 시스템은 또한 상기 제2 에너지 저장 장치를 제어하도록 구성되는 것인, 에너지 저장 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 에너지 저장 장치로부터의 고전압을 저전압으로 변환하고, 일차 권선 및 이차 권선을 포함하는 제2 변압기를 더 포함하고,
    상기 제2 변압기의 상기 일차 권선은 상기 제2 에너지 저장 장치와 상기 제3 및 상기 제4 스위치의 접속점 사이에 접속되고, 상기 제2 변압기의 상기 이차 권선의 도트 단자는 제2 다이오드를 통해 상기 제1 다이오드와 상기 제1 커패시터의 접속점에 접속되며, 상기 도트 단자의 반대 단자는 접지되는 것인, 에너지 저장 시스템
  17. 제16항에 있어서,
    저전압 강하 레귤레이터로서, 상기 저전압 강하 레귤레이터의 입력이 상기 제1 다이오드와 상기 제1 커패시터의 상기 접속점에 결합되는 것인, 저전압 강하 레귤레이터; 및
    제2 커패시터로서, 상기 제2 커패시터의 한 단자는 상기 저전압 강하 레귤레이터의 출력에 접속되고, 다른 단자는 접지되는 것인, 에너지 저장 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제2 변압기의 상기 이차 권선의 턴 수(N22)는
    N22=(N21×Vm)/V2
    에 따라 선택되고,
    상기 N21은 상기 제2 변압기의 상기 일차 권선의 턴 수를 나타내고, V2은 상기 제2 에너지 저장 장치의 전압을 나타내며, Vm은 상기 제1 다이오드와 상기 제1 커패시터의 접속점의 전압을 나타내는 것인, 에너지 저장 시스템.
  19. 제11항에 있어서, 상기 DC 링크 부하는 전기 차량의 전기 구동 시스템을 포함하는 것인, 에너지 저장 시스템.
  20. 제11항에 있어서, 상기 DC 링크 부하는 인버터, 및 상기 인버터와 접속하는 전력망을 포함하는 것인, 에너지 저장 시스템.
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