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KR101108538B1 - 에너지 저장 시스템 - Google Patents

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KR101108538B1
KR101108538B1 KR1020090035949A KR20090035949A KR101108538B1 KR 101108538 B1 KR101108538 B1 KR 101108538B1 KR 1020090035949 A KR1020090035949 A KR 1020090035949A KR 20090035949 A KR20090035949 A KR 20090035949A KR 101108538 B1 KR101108538 B1 KR 101108538B1
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차이 라이 제임스
춘 퐁 카이
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노던 라이트 세미컨덕터 코포레이션
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Abstract

에너지 저장 시스템은 배터리 충전기 및 에너지 저장 디바이스를 포함한다. 배터리 충전기는 DC/AC 전류원에 접속된다. 에너지 저장 디바이스는 배터리 충전기와 복수의 서브시스템 사이 각각에 커플링된다. 에너지 저장 디바이스 각각은 자기 캐패시터 (MCAP) 및 과전류 보호 디바이스 (OCPD) 를 포함한다. MCAP 는 배터리 충전기에 의해 충전되고 에너지 저장 디바이스에 접속된 서브시스템에 전력을 공급한다. OCPD 는 MCAP 로부터 서브시스템으로의 전류를 검출하고 전압의 과전류로부터 서브시스템을 보호한다.
배터리, 자기 캐패시터, 에너지 저장

Description

에너지 저장 시스템{ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 자기 캐패시터를 갖는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
대부분의 전기 시스템은 통상적으로 단일 전원을 갖는 화학 기반 베터리 (단일 베터리 구조) 에 의해 전원이 공급된다. 더욱 더 신규한 "하이브리드" 구조는 중앙 전원으로서 화학 기반 배터리 및 상당히 짧은 지속시간에 걸쳐 피크 전력을 공급하는 울트라-캐패시터/수퍼-캐패시터 (배터리-울트라캐시터 하이브리드 구조) 를 이용한다. 또한, 복수의 배터리를 이용하는 배터리 기반 구조 (복수의 배터리 구조) 가 존재한다.
그러나, 다수의 문제가 이들 구조에 관련된다. 단일의 배터리 구조에서, 배터리는 피크 전력 추출 및 지속적인 에너지 추출 모두를 지원하도록 사이즈가 맞춰저야 한다. 그 결과, 배터리는 종종 상당한 크기가 되어 지속적인 동작에 최적화되지 않는다. 배터리와 고전력 추출 서브시스템 사이를 러닝하기 위해 큰 수치의 와이어가 필요로 되고, 그 결과 무게와 크기가 부가된다.
복수의 배터리 구조에서는, 상이한 배터리가 상이한 서브 시스템 부하를 지 원하도록 사이즈가 맞춰진다. 이것은 단일 배터리 구조에 대해 효율성 및 리던던시를 개선하지만, 시스템에 크기 및 무게를 부가한다. 모든 배터리 중에서 충전 등화 (equalization) 를 취급하기 위해 복잡한 회로가 필요로 되며, 따라서, 복수의 배터리 시스템의 성능은 가장 약한 배터리에 의해 제한되지 않는다. 이 문제는 상이한 화학 및 충전/방전 프로필을 갖는 배터리의 이용에 의해 혼합되어 서브시스템 요구를 더욱 양호하게 충족시킨다.
배터리-울트라캐패시터 구조에서는, 울트라-배터리는 가끔식의 피크 부하만을 취급하도록 이용된다. 이 배터리는 여전히 시스템에 대한 주요 에너지 저장부이다. 그 결과, 시스템 응답 및 시스템 무게가 현저히 개선되지는 안는다. 더욱이, 울트라-캐패시터 뱅크에서 충전 등화를 유지하기 위해 복잡한 회로가 요구되며, 무게 및 전력 관리 오버헤드가 부가된다.
이들 구조 모두가 배터리의 전력/에너지/무게/사이즈 특징에 의해 제한된다. 상술한 이유로 인해, 새로운 에너지 저장 구조를 제공할 필요가 있다.
본 발명은 자기 캐패시터를 이용하는 전기 시스템에 대한 에너지 저장 시스템에 대한 것이다. 본 발명은 종래 시스템보다 더욱 긴 동작 기간을 제공하고 전기 시스템의 물리적 사이즈 및 무게를 감소시킨다.
상술한 목표를 달성하고, 본 명세서에서 광범위하게 설명되는 바와 같은 본 발명의 목적에 따르는 경우, 본 발명은 배터리 충전 및 에너지 저장 디바이스를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공한다. 배터리 충전기는 전류원에 접속된다. 에너지 저장 디바이스는 배터리 충전기와 서브시스템 사이 각각에 커플링된다. 에너지 저장 디바이스 각각은 자기 캐패시터 (MCAP; Magnetic Capacitor) 및 과전류 보호 디바이스 (OCPD; Over Current Protecton Device) 를 포함한다. 배터리 충전기는 MCAP 를 충전하고, MCAP 는 에너지 저장 디바이스에 접속된 서브시스템에 전력을 공급한다. OCPD 는 MCAP 로부터 서브시스템으로의 전류를 검출하고 과도한 전류로부터 서브시스템을 보호한다.
본 발명은 종래 시스템보다 더욱 긴 동작 기간을 제공하고 전기 시스템의 물리적 사이즈 및 무게를 감소시킨다.
상술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이며, 주장된 바 와 같은 본 발명의 더 많은 설명을 제공하도록 의도된다.
첨부된 도면은 본 발명의 더 많은 이해를 제공하도록 포함되고, 이러한 사양의 일부를 구성하고 포함된다. 도면은 본 발명의 실시형태를 설명하고, 이 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하도록 서빙한다.
본 발명의 선호된 실시형태에 대한 참조가 상세히 이루어질 것이며, 참조의 예는 첨부된 도면에서 설명된다. 사용가능한 곳 어디에서도, 동일한 참조 부호는 도면 및 상세한 설명에서 동일한 부분을 언급하도록 이용된다.
모든 도면은 본 발명만의 기본 교시의 설명의 용이함을 위해 도시되며, 본 발명을 형성하는 부분의 부호, 위치, 관계, 및 차원에 관한 도면의 확장이 설명될 것이고 다음의 설명이 판독되어 이해된 이후에는 이 분야의 기술에 속하게 될 것이다.
도 1 은 이 발명의 하나의 선호된 실시형태에 따르는 분배된 에너지 저장 시스템의 블록도이다. 에너지 저장 시스템은 배터리 충전기 (110) 및 복수의 에너지 저장 디바이스 (120, 130, 140, 및 160) 를 포함한다. 배터리 충전기 (110) 는 전류원 (105) 에 접속된다. 에너지 저장 디바이스 (120, 130, 140, 및 160) 는 배터리 충전기 (110) 와 복수의 서브시스템 (171, 172, 173, 및 174) 사이 각각에 커플링된다. 에너지 저장 디바이스 각각은 자기 캐패시터 (MCAP) 및 과전류 보호 디바이스 (OCPD) 를 포함한다. 도면에 도시된 바와 같이, 에너지 저장 디바이스 (120) 는 MCAP 1 및 OCPD 1 을 포함한다. MCAP 는 배터리 충전기에 의해 충전되고 에너지 저장 디바이스에 접속된 서브시스템에 전력을 공급한다. 예를 들어, 서브시스템 1 은 에너지 저장 디바이스 (120) 에 접속되고, MCAP 1 은 서브시스템 1 에 전력을 공급한다. 상이한 서브시스템 요구에 따르는 경우, MCAP 1, MCAP 2, MCAP 3...MCAP x 는 요구조건을 충족시키기 위해 다양한 에너지 저장 캐패시터를 가질 수 있다. OCPD 는 MCAP 로부터 서브시스템으로의 전류를 검출하고 과전류로부터 서브시스템을 보호한다.
전류 공급원이 상이한 경우 MCAP 는 상이한 룰을 플레이한다. 전류원이 DC 전류를 공급하는 경우, MCAP 는 배터리이다. 반면에, 전류원이 AC 전류를 공급하는 경우, MCAP 는 울트라-캐패시터이다.
도 2 는 이 발명의 또 다른 실시형태에 따르는 분배된 에너지 저장 시스템의 블록도이다. 도 2 의 에너지 저장 시스템은 배터리 충전기 (110) 에 커플링된 옵션적인 에너지 저장 디바이스 (220) 를 더 포함한다는 면에서 도 1 의 에너지 저장 시스템과 상이하다. 옵션적 에너지 저장 디바이스 (220) 는 주요 자기 캐패시터 (222) 및 MCAP 보호기 (224) 를 포함한다. 주요 자기 캐패시터 (222) 는 서브시스템에 대한 다른 MCAP 보다 더 많은 양의 에너지를 저장하고 따라서, 전체 전기 시스템의 요구를 수용할 수 있다. MCAP 보호기 (224) 는 전압의 과전류로부터 MCAP 를 보호한다.
몇몇 실시형태에서, 각각의 개별 서브시스템에 대한 에너지 저장 디바이스는 에너지 저장을 위해 MCAP 를 이용하고; 또 다른 실시형태에서는, 몇몇 선택된 서브시스템만이 에너지 저장을 위해 MCAP 를 이용한다.
몇몇 실시형태에서는, MCAP 가 서브시스템 인쇄 회로 기판 (PCB) 상에 장착 될 수 있어, 인건비를 절감하고 생산성 및 품질률을 증가시킨다. MCAP 가 상당히 작기 때문에, 이러한 구조는 추가적인 무게 및 사이즈 단점을 발생하지 않는다. 또 다른 실시형태에서는, MCAP 는 시스템형 패키지 (SiP) 에 패키지될 수 있다.
이 발명은 에너지 저장 기술인 자기 캐패시터를 이용한다. 이 기술은 동일한 부피 및 무게 내에 종래 용량에 비해 10 억 배 이상 에너지 저장 용량을 증가시킨다. 표준 기술을 이용하지 않고 이 기술을 이용하는 것은 이 시장에 상당한 효율성을 가져올 수도 있다.
본 명세서에 기재되어 광범위하게 설명된 바와 같이, 실시형태는 성능의 손실 또는 열화없이 무제한의 시스템 재충전 주기를 효율적으로 제공한다. 또한 실시형태는 종래 시스템보다 더 긴 동작 주기를 제공한다. 또한, 실시형태는 전기 시스템의 무게 및 물리적 사이즈를 감소시킨다.
본 발명이 특정 선호된 실시형태를 참조하여 상당히 상세히 설명되었지만 다른 실시형태도 가능하다. 따라서, 첨부된 청구항의 사상 및 범위는 상세한 설명의 선호된 실시형태의 설명으로 제한되어서는 안된다.
본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명의 구조에 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음이 이 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 전술한 관점에서, 이 발명의 수정 및 변경이 본 발명의 청구항 및 그 균등물의 범위에 포함되는 경우 본 발명은 이 수정 및 변경을 커버하도록 의도된다.
도 1 은 이 발명의 하나의 선호된 실시형태에 따르는 분배된 에너지 저장 시스템의 블록도이다.
도 2 는 이 발명의 또 다른 선호된 실시형태에 따르는 분배된 에너지 저장 시스템의 블록도이다.

Claims (11)

  1. 전류원에 접속된 배터리 충전기;
    상기 배터리 충전기에 커플링되며, 주요 자기 캐패시터 및 주요 자기 캐패시터 보호기를 포함하는 옵션적 에너지 저장 디바이스;
    상기 배터리 충전기와 복수의 서브시스템 사이 각각에 커플링된 복수의 에너지 저장 디바이스를 포함하고,
    상기 에너지 저장 디바이스 각각은,
    상기 배터리 충전기에 의해 충전되고 상기 에너지 저장 디바이스에 접속된 서브시스템에 전력을 공급하는 자기 캐패시터 (MCAP; Magnetic Capacitor);
    상기 MCAP 로부터 서브시스템으로의 전류를 검출하고 과전류로부터 상기 서브시스템을 보호하는 과전류 보호 디바이스 (OCPD; Over Current Protection Device); 를 포함하며,
    상기 전류원이 DC 전류를 공급하는 경우, 상기 MCAP 는 배터리로 동작하고,
    상기 전류원이 AC 전류를 공급하는 경우, 상기 MCAP 는 울트라-캐패시터 (Ultra-Capacitor)로 동작하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 MCAP 는 서브시스템 인쇄 회로 기판 (PCB; Printed Circuit Board) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 MCAP 는 패키지형 시스템 (SiP; System-in-Package) 에 패키지되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  7. 전류원에 접속된 배터리 충전기;
    상기 배터리 충전기에 커플링되며, 주요 자기 캐패시터 및 주요 자기 캐패시터 보호기를 포함하는 주요 에너지 저장 디바이스; 및
    상기 배터리 충전기와 복수의 서브시스템 사이 각각에 커플링된 복수의 에너지 저장 디바이스; 를 포함하고,
    상기 에너지 저장 디바이스 각각은,
    상기 배터리에 의해 충전되고 상기 에너지 저장 디바이스에 접속된 서브시스템에 전력을 공급하는 자기 캐패시터(MCAP; Magnetic Capacitor); 및
    상기 MCAP 로부터 서브시스템으로의 전류를 검출하고 과전류로부터 상기 서브시스템을 보호하는 과전류 보호 디바이스 (OCPD; Over Current Prptection Device) 를 포함하며,
    상기 전류원이 DC 전류를 공급하는 경우, 상기 MCAP 는 배터리로 동작하고,
    상기 전류원이 AC 전류를 공급하는 경우, 상기 MCAP 는 울트라-캐패시터 (Ultra-Capacitor)로 동작하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 MCAP 는 서브시스템 인쇄 회로 기판 (PCB; Printed Circuit Board) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 MCAP 는 패키지형 시스템 (SiP; System-in-Package) 에 패키지되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
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