KR101500709B1 - An energy storage system for long-life operation of battery - Google Patents

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KR101500709B1 KR20130108031A KR20130108031A KR101500709B1 KR 101500709 B1 KR101500709 B1 KR 101500709B1 KR 20130108031 A KR20130108031 A KR 20130108031A KR 20130108031 A KR20130108031 A KR 20130108031A KR 101500709 B1 KR101500709 B1 KR 101500709B1
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Abstract

Disclosed is an energy storage system capable of eliminating ripple in charging voltage and current which are provided to the energy storage system and resolving a cell imbalance problem without having a separate cell balancing circuit for multiple battery cells constituting a battery, thereby remarkably extending the battery life. The energy storage system comprises: a battery unit; a bidirectional PWM inverter unit which receives and converts DC power of the battery unit into AC power, provides the AC power to a grid or a load, converts AC power supplied from the grid into DC power, and provides the DC power to the battery unit; and a ripple eliminating circuit unit which is disposed between the battery unit and the bidirectional PWM inverter unit and eliminates ripple components in the DC power that is conveyed from the bidirectional inverter unit to the battery unit.

Description

배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치{AN ENERGY STORAGE SYSTEM FOR LONG-LIFE OPERATION OF BATTERY}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an energy storage device capable of improving battery life,

본 발명은 에너지 저장 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 저장용 배터리로 제공되는 충전 전압 및 전류의 리플을 제거함과 동시에 배터리를 구성하는 복수의 배터리 셀에 대한 셀 평형회로를 별도로 구비하지 않고서도 셀 불평형의 문제를 해소함으로써 배터리의 수명을 현저하게 향상시킬 수 있는 에너지 저장 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energy storage device, and more particularly, to an energy storage device that eliminates ripple of charge voltage and current provided by a battery for energy storage, And more particularly to an energy storage device capable of remarkably improving the lifetime of a battery by solving the problem of cell imbalance.

일반적으로, PWM(Pulse Width Modulation) 인버터를 이용한 에너지 저장 장치(Energy Storage System: ESS)는, 계통의 전원이 공급되는 동안에는 배터리에 전기에너지를 저장하고, 계통의 전원이 공급되지 못하는 상황이 발생하였을 때 인버터를 통하여 부하에 안정된 전원을 공급하는 장치이다.Generally, an energy storage system (ESS) using PWM (Pulse Width Modulation) inverter stores electric energy in the battery while the power of the system is supplied, and the power supply of the system can not be supplied It is a device that supplies stable power to load through inverter.

에너지 저장 장치에 채용되는 양방향 PWM 인버터(Bidirectional PWM Inverter)는 교류측과 직류측 간의 양쪽 방향의 전력 흐름을 통하여 배터리의 충전과 방전이 가능하도록 하는 전력변환기(PCS; Power Conditioning System)이다. Bidirectional PWM inverter used in the energy storage device is a power conditioner (PCS) that enables charging and discharging of the battery through power flow in both directions between the AC side and the DC side.

통상적인 양방향 PWM 인버터를 이용한 에너지 저장 장치는 선행기술문헌인 한국공개특허 제10-2011-0054041호에 개시된다. An energy storage device using a conventional bidirectional PWM inverter is disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0054041.

일반적으로, 에너지 저장 장치는 크게 두 가지 모드로 운전되고 있다. Generally, energy storage devices are largely operated in two modes.

두 가지 운전 모드 중 하나는 전압 제어 운전으로서, 계통으로부터 전원이 제공되지 않을 때, 부하에 안정된 전원을 공급하기 위한 모드이다. 전압 제어 운전 모드에서는, 독립운전을 위하여 계통과의 연결을 위한 스위치를 오프시키고 전력 변환기(PCS)인 양방향성 PWM 인버터를 사용하여 배터리에 저장된 직류 전력을 교류로 변환하여 부하 측에 공급한다. 전압 제어 운전 모드에서는 부하 측에 안정된 교류 전압을 제공하기 위해, 배터리의 직류 전력을 교류로 변환하여 부하로 제공하는 양방향 PWM 인버터의 부하 측 교류 전압과 사전 설정된 기준 전압을 비교하여 일정한 크기의 교류 전압이 부하에 제공될 수 있도록 PWM 인버터를 제어한다. One of the two operation modes is a voltage control operation, which is a mode for supplying stable power to the load when no power is supplied from the system. In the voltage control operation mode, the switch for the connection to the system is turned off for independent operation, and the DC power stored in the battery is converted into AC and supplied to the load side by using a bi-directional PWM inverter which is a power converter (PCS). In the voltage controlled operation mode, the load side AC voltage of the bidirectional PWM inverter, which converts the DC power of the battery to AC and supplies it to the load, is compared with the preset reference voltage to provide a stable AC voltage on the load side, And controls the PWM inverter to be provided to this load.

다른 하나의 운전 모드는 전류 제어 운전으로서, 계통의 전원이 정상적으로 공급되는 상황에서 계통의 전력을 공급받아 배터리를 충전한다든지, 역으로 계통에 전류를 주입하여 전력을 판매하는 경우에 적용되는 모드이다. 전류 제어 운전 모드에서는, 배터리의 충전을 위하여 배터리로 안정된 직류 전류를 제공하기 위해, 양방향성 PWM 인버터의 배터리측 전류와 사전 설정된 기준 직류전류를 비교하여 일정한 크기의 직류 전류가 배터리로 제공될 수 있도록 PWM 인버터를 제어한다.The other operation mode is a current control operation, which is applied to a case where power is supplied to the system in a state where the system power is normally supplied and the battery is charged, or conversely, current is supplied to the system to sell the power . In the current controlled operation mode, the battery side current of the bidirectional PWM inverter is compared with the predetermined reference direct current so as to provide a stable DC current for the battery to charge the battery, so that a DC current of a predetermined magnitude can be supplied as a battery, And controls the inverter.

일반적인 에너지 저장 장치에서, 배터리를 충전하는 모드로 동작하는 경우 양방향 PWM 인버터의 직류링크측(배터리와 연결된 단부) 전압/전류는 교류측 상용주파수(예를 들어, 60Hz)의 두 배의 주파수(예를 들어, 120Hz)로 맥동하는 특징이 있다. 이러한 두 배의 맥동하는 전압/전류 성분은 배터리를 빨리 노화시키게 되고 이에 따라 에너지 저장 장치 전체 수명을 저하시키는 문제를 발생시킨다. In a typical energy storage device, when operating in a mode to charge the battery, the voltage / current on the dc link side (the end connected to the battery) of the bidirectional PWM inverter is twice as high as the alternating current frequency (for example, 60 Hz) For example, 120 Hz). This double-pulsating voltage / current component ages the battery quickly, thereby causing a problem of degrading the overall life of the energy storage device.

한편, 에너지 저장 장치에 적용되는 충전용 배터리는 에너지 저장 장치의 중요한 부분중의 하나이며 전력 변환기(PCS)인 양방향 PWM 인버터의 직류측 전압을 관장한다. On the other hand, a rechargeable battery applied to an energy storage device is one of the important parts of an energy storage device and manages the DC voltage of a bidirectional PWM inverter which is a power converter (PCS).

일반적으로, 에너지 저장 장치에 적용되는 충전용 배터리는 상호 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 상호 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리를 통상 배터리 팩(Battery Pack)이라 지칭한다. Generally, a rechargeable battery applied to an energy storage device may include a plurality of battery cells connected in series. A battery including a plurality of battery cells connected in series is generally referred to as a battery pack.

배터리 팩 내의 직렬로 연결된 배터리 셀들은 시간이 경과하면서 내부저항, 충방전 용량 등의 편차가 발생하게 되어 문제를 일으킨다. 예를 들어, 충전시 충전용량이 감소한 일부 셀이 조기에 과충전 상태에 이르러 과열되면 전체 배터리 팩이 화재 및 폭발의 위험한 상황에 빠지게 된다. 또한, 일부 셀 들의 내부저항이 증가하게 되면 충전시 충분히 충전되지 않았음에도 불구하고 배터리 팩 전체의 전압이 높이 상승함으로써 충전이 중단되어 전체 배터리 팩의 충전부족 현상이 발생할 수 있다. The battery cells connected in series in the battery pack are liable to cause variations in internal resistance, charge / discharge capacity, and the like over time, causing problems. For example, if some cells with reduced charge capacity during charging are overcharged early due to overcharging, the entire battery pack will be in danger of fire and explosion. In addition, if the internal resistance of some of the cells is increased, the voltage of the entire battery pack may increase due to a rise in the voltage of the battery pack even though the battery pack is not fully charged.

이러한 문제를 해결하기 위하여 통상적으로 배터리 셀에는 셀 평형회로(Cell balancing circuit)가 적용된다. 셀 평형회로는 복수의 배터리 셀 각각 전압을 검출하여 상호 비교하고 전체 배터리 셀의 전압을 상호 동일하게 유지하도록 제어하는 회로이다. 셀 평형회로에 적용되는 셀 평형 기법은 수동형(Passive) 방식과 능동형(Active) 방식이 있다. 수동형 방식의 셀 평형 방법은 과충전된 셀의 전하를 저항을 통하여 소비시킴으로써 셀간의 평형을 맞추어주는 방식이고, 능동형 방식의 셀 평형 방법은 부족 충전된 셀에 더 많은 전류를 공급하여 셀 간의 평형을 맞추어 주는 방식이다. To solve such a problem, a cell balancing circuit is usually applied to a battery cell. The cell balancing circuit is a circuit that detects voltages of a plurality of battery cells, compares them, and controls the voltages of all the battery cells to be equal to each other. The cell balancing technique applied to the cell balancing circuit is a passive method and an active method. In the passive cell balancing method, the charge of the overcharged cells is consumed through the resistor to balance the cells. The active cell balancing method supplies more current to the undercharged cells to balance the cells It is a way of giving.

에너지 저장 장치와 같이 용량이 상대적으로 큰 배터리를 사용하는 경우 능동형 방식을 채용하는 것이 바람직하지만 전력변환기의 부피와 중량이 증가하고 가격이 상승한다는 문제가 있다.When a battery having a relatively large capacity such as an energy storage device is used, it is preferable to adopt an active type, but the volume and weight of the power converter increase and the price rises.

한국공개특허 제10-2011-0054041호Korean Patent Publication No. 10-2011-0054041

본 발명은, 에너지 저장용 배터리로 제공되는 충전 전압 및 전류의 리플을 제거함으로써 배터리 수명을 향상시킬 수 있는 에너지 저장 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다. An object of the present invention is to provide an energy storage device capable of improving battery life by eliminating ripple of charging voltage and current provided by a battery for energy storage.

또한 본 발명은 에너지 저장용 배터리로 제공되는 충전 전압 및 전류의 리플을 제거함과 동시에 배터리를 구성하는 복수의 배터리 셀에 대한 셀 평형회로를 별도로 구비하지 않고서도 셀 불평형의 문제를 해소함으로써 배터리의 수명을 현저하게 향상시킬 수 있는 에너지 저장 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.It is another object of the present invention to eliminate ripple of charging voltage and current provided by a battery for energy storage and to eliminate the problem of cell imbalance without separately providing a cell balancing circuit for a plurality of battery cells constituting the battery, And an energy storage device capable of remarkably improving the power consumption of the battery.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

배터리부;A battery section;

상기 배터리부의 직류 전력을 입력 받아 교류 전력으로 변환하여 계통 또는 부하로 제공하고, 상기 계통으로부터 교류 전력을 제공받아 직류 전력으로 변환하여 상기 배터리부로 제공하는 양방향 PWM 인버터부; 및A bidirectional PWM inverter unit which receives DC power of the battery unit and converts the DC power into AC power and supplies the AC power to the system or the load; And

상기 배터리부와 상기 양방향 PWM 인버터부 사이에 배치되며, 상기 양방향 PWM 인버터부에서 상기 배터리부로 전달되는 직류 전력의 리플 성분을 제거하는 리플 제거 회로부Wherein the bidirectional PWM inverter unit includes a ripple canceling circuit for removing a ripple component of DC power transmitted from the bidirectional PWM inverter unit to the battery unit,

를 포함하는 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치를 제공한다.
And an energy storage device capable of improving battery life.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 리플 제거 회로부는, 상기 양방향 PWM 인버터부의 직류 입출력단에서 출력되는 전압을 강압하여 상기 배터리부로 제공하는 강압 직류-직류 컨버터로 구현될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the ripple cancellation circuit unit may be implemented as a step-down DC-DC converter that steps down the voltage output from the DC input / output terminal of the bidirectional PWM inverter unit and provides the voltage to the battery unit.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 강압 직류-직류 컨버터는 벅(Buck) 컨버터로 구현될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step-down DC-DC converter may be implemented as a buck converter.

본 발명의 일 실시형태는, 상기 리플 제거 회로부와 상기 양방향 PWM 인버터부 사이의 연결 노드와 상기 리플 제거 회로부와 상기 배터리부 사이의 연결 노드 사이에 연결되어, 상기 배터리부가 충전되는 모드에서 개방되고 상기 배터리부가 방전되는 모드에서 단락되는 바이패스 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다.One embodiment of the present invention is a method of driving a hybrid vehicle, comprising: connecting between a connection node between the ripple removal circuit unit and the bidirectional PWM inverter unit, a connection node between the ripple removal circuit unit and the battery unit, And a bypass switching element short-circuited in a mode in which the battery is partially discharged.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 바이패스 스위칭 소자는, 상기 리플 제거 회로부와 상기 양방향 PWM 인버터부 사이의 연결 노드와 상기 리플 제거 회로부와 상기 배터리부 사이의 연결 노드에 각각 애노드와 캐소드가 연결된 다이오드를 포함할 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the bypass switching element includes a connection node between the ripple cancellation circuit part and the bidirectional PWM inverter part, a diode connected between the anode and the cathode of the connection node between the ripple cancellation circuit part and the battery part, . ≪ / RTI >

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은, According to another aspect of the present invention,

사전 설정된 개수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 배터리부;A plurality of battery units each including a predetermined number of battery cells;

상기 복수의 배터리부의 직류 전력을 입력 받아 교류 전력으로 변환하여 계통 또는 부하로 제공하고, 상기 계통으로부터 교류 전력을 제공받아 직류 전력으로 변환하여 상기 복수의 배터리부로 제공하는 양방향 PWM 인버터부; 및A bidirectional PWM inverter unit which receives DC power of the plurality of battery units and converts the DC power into AC power and supplies the DC power to the system or the load; And

상기 복수의 배터리부의 양극과 음극에 각각 연결된 출력단을 갖는 복수의 리플 제거 회로부를 포함하며,And a plurality of ripple cancellation circuit units having output terminals respectively connected to the positive and negative electrodes of the plurality of battery units,

상기 리플 제거 회로부의 입력단은 상호 직렬 연결되고, 상기 복수의 리플 제거 회로부로 이루어진 직렬 연결 회로 구조는 상기 양방향 PWM 인버터의 직류 입출력단에 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치를 제공한다.
Wherein the input terminals of the ripple removal circuitry are connected in series and the series connection circuit structure including the plurality of ripple removal circuitry portions is connected to the DC input and output terminals of the bidirectional PWM inverter. .

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복수의 배터리부 각각에 포함된 배터리 셀의 개수는, 상호 직렬 연결된 배터리 셀 간의 셀 불평형 현상을 발생시키지 않는 개수로 구현될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the number of battery cells included in each of the plurality of battery units may be a number that does not cause cell imbalance between battery cells connected in series.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복수의 리플 제거 회로부는, 상기 양방향 PWM 인버터부의 직류 입출력단에서 출력되는 전압의 분기 전압을 강압하여 각각이 연결된 배터리부로 제공하는 강압 직류-직류 컨버터로 구현될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the plurality of ripple canceling circuit units may be implemented as a step-down DC-DC converter that steps down the branching voltage of the voltage output from the DC input / output terminal of the bidirectional PWM inverter unit and provides them to the battery units connected to each other have.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 강압 직류-직류 컨버터는 벅(Buck) 컨버터로 구현될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step-down DC-DC converter may be implemented as a buck converter.

본 발명의 일 실시형태는, 상기 리플 제거 회로부의 입력단과 출력단 사이에 각각 연결되어, 상기 배터리부가 충전되는 모드에서 개방되고 상기 배터리부가 방전되는 모드에서 단락되는 복수의 바이패스 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다.An embodiment of the present invention may further include a plurality of bypass switching elements which are connected between an input terminal and an output terminal of the ripple cancellation circuit portion and are short-circuited in a mode in which the battery is charged in a charging mode and a battery is discharged in a mode .

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 바이패스 스위칭 소자는, 상기 리플 제거 회로부의 입력단과 출력단에 각각 애노드와 캐소드가 연결된 다이오드를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the bypass switching element may include a diode connected to an anode and a cathode respectively at an input terminal and an output terminal of the ripple cancellation circuit portion.

본 발명에 따르면, 리플 제거 회로부를 채용함으로써 배터리부를 충전하는 전압/전류에 리플 성분이 존재하지 않도록 관리함으로써 배터리부의 수명을 현저하게 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by employing the ripple removing circuit portion, the life of the battery portion can be remarkably improved by managing the absence of the ripple component in the voltage / current for charging the battery portion.

또한, 본 발명에 따르면, 적은 개수의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 부를 채용함으로써 높은 직류 전압에 필요한 경우에도 셀 불균형의 문제를 회피할 수 있으며, 동시에 에너지 저장 장치의 충전 운전 모드에서 리플에 제거된 직류 전력을 각 배터리부로 제공하여 배터리부의 수명 향상을 도모할 수 있다. Further, according to the present invention, by employing a plurality of battery units including a small number of battery cells, it is possible to avoid the problem of cell unbalance even when it is necessary for a high DC voltage, and at the same time, DC power is supplied to each battery unit, thereby improving the life of the battery unit.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치가 배터리부의 충전 모드로 동작하는 경우의 등가회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치가 배터리부의 충전 모드에서 주요 부분의 전압/전류 파형을 도시한 것으로, (a)는 양방향 PWM 인버터부의 교류 입출력단으로 입력되는 전류의 파형을 도시하며, (b)는 양방향 PWM 인버터부의 직류 입출력단으로 출력되는 전압의 파형을 도시하며, (c)는 리플 제거 회로부의 출력 전압의 파형을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치가 배터리부의 방전 모드로 동작하는 경우의 등가회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치의 블록 구성도이다.1 is a block diagram of an energy storage device capable of improving battery life according to an embodiment of the present invention.
2 is an equivalent circuit diagram of an energy storage device capable of improving battery life according to an embodiment of the present invention when operated in a charging mode of a battery unit.
FIG. 3 illustrates voltage / current waveforms of a main part in a charging mode of a battery unit, in which an energy storage device capable of improving battery life according to an embodiment of the present invention is shown. FIG. (B) shows the waveform of the voltage output to the DC input / output terminal of the bidirectional PWM inverter section, and (c) shows the waveform of the output voltage of the ripple rejection circuit section.
4 is an equivalent circuit diagram of an energy storage device capable of improving battery life according to an embodiment of the present invention when operated in a discharge mode of a battery.
5 is a block diagram of an energy storage device capable of improving battery life according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. In addition, in describing the present invention, the defined terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and they may be changed depending on the intention or custom of the technician working in the field, so that the technical components of the present invention are limited It will not be understood as meaning.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치의 블록 구성도이다.1 is a block diagram of an energy storage device capable of improving battery life according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치는, 배터리부(11)와, 배터리부(11)의 직류 전력을 입력 받아 교류 전력으로 변환하여 계통(14) 또는 부하(15)로 제공하고, 계통(14)으로부터 교류 전력을 제공받아 직류 전력으로 변환하여 배터리부(11)로 제공하는 양방향 PWM 인버터부(12) 및 배터리부(11)와 양방향 PWM 인버터부(12) 사이에 배치되며, 양방향 PWM 인버터부(12)에서 배터리부(11)로 전달되는 직류 전력의 리플 성분을 제거하는 리플 제거 회로부(13)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, an energy storage device capable of improving the life of a battery according to an embodiment of the present invention includes a battery unit 11, a DC power supply unit 12 for receiving DC power from the battery unit 11, converting the DC power into AC power, Direction PWM inverter unit 12 that supplies AC power from the system 14 to the battery unit 11 and converts the DC power into DC power and supplies the DC power to the battery unit 11. The bidirectional PWM inverter 12, And a ripple cancellation circuit unit 13 disposed between the unit 12 and the bidirectional PWM inverter unit 12 for removing a ripple component of DC power transmitted to the battery unit 11. [

배터리부(11)는 전기 에너지를 저장하기 위한 요소로서, 사전 설정된 개수의 상호 직렬 연결된 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리부(11)는 양방향 PWM 인버터부(12)의 직류 입출력단(또는 직류 링크)에 연결되어 직류 전력을 제공받아 충전되거나, 양방향 PWM 인버터부(12)로 직류 전력을 제공하여 계통(14) 또는 부하(15)로 전력을 제공하게 할 수 있다.The battery unit 11 is an element for storing electric energy, and may include a predetermined number of mutually serially connected battery cells. The battery unit 11 is connected to a DC input / output terminal (or a DC link) of the bidirectional PWM inverter unit 12 and is charged by receiving DC power or supplies DC power to the bidirectional PWM inverter unit 12, Or to provide power to the load 15.

양방향 PWM 인버터부(12)는 배터리부(11)에서 제공되는 직류 전력 입력을 교류 전력 출력으로 변환하여 계통(14) 또는 부하(15)로 제공하고, 계통(14)에서 제공되는 교류 전력 입력을 직류 전력 출력으로 변환하여 배터리부(11)로 제공하여 배터리부(11)의 충전이 이루어지게 할 수 있다.The bidirectional PWM inverter section 12 converts the DC power input provided from the battery section 11 into an AC power output and supplies it to the system 14 or the load 15 and the AC power input provided from the system 14 DC power output to the battery unit 11 so that the battery unit 11 can be charged.

양방향 PWM 인버터부(12)는 PWM 제어에 의해 소정 주기로 온/오프가 제어되는 스위칭 소자를 포함함으로써, 계통(14)으로부터 제공되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고 배터리부(11)로부터 제공되는 직류 전력을 소정 주파수의 교류 전력으로 변환하는 스위칭 회로부(121)와, 스위칭 회로부(121)의 교류 입출력단에 각각 시리즈(series)로 연결된 인덕터와 션트(shunt)로 연결된 캐패시터를 포함하는 LC 필터부(122)를 포함할 수 있다.The bidirectional PWM inverter unit 12 includes a switching element whose ON / OFF is controlled at a predetermined cycle by PWM control, so that the AC power supplied from the system 14 is converted into DC power and the DC power supplied from the battery unit 11 An LC filter unit 121 including an inductor connected in series to the AC input and output terminals of the switching circuit unit 121 and a capacitor connected in a shunt manner, 122).

양방향 PWM 인버터부(12)의 직류-교류 변환 또는 교류-직류 변환은 배경 기술에서 설명된 전압 제어 모드 및 전류 제어 모드의 통상적인 PWM 제어에 의해 이루어질 수 있다는 점은 당업자에게 쉽게 이해되어 실시될 수 있으며, 구체적인 제어 기법은 본 발명의 주요 기술 사상과 직접적인 관련이 없으므로, 본 발명의 명료한 설명을 위해 생략하기로 한다.It will be readily understood and practiced by those skilled in the art that the DC-AC conversion or AC-DC conversion of the bi-directional PWM inverter section 12 can be accomplished by conventional PWM control of the voltage control mode and the current control mode described in the Background Art And the specific control technique is not directly related to the main technical idea of the present invention, and thus will be omitted for the sake of clarity of the present invention.

리플 제거 회로부(13)는 양방향 PWM 인버터부(12)에서 배터리부(11)로 전달되는 직류 전력의 리플 성분을 제거하기 위해 마련된 것이다. 리플 제거 회로부(13)의 입력단은 양방향 PWM 인버터부(12)에 연결되고, 리플 제거 회로부(13)의 출력단은 배터리부(11)의 양극(+ 단)과 음극(- 단)에 각각 연결되는 회로 구조를 가질 수 있다.The ripple removal circuit unit 13 is provided to remove the ripple component of the DC power transmitted from the bidirectional PWM inverter unit 12 to the battery unit 11. [ The input terminal of the ripple removal circuit portion 13 is connected to the bi-directional PWM inverter portion 12 and the output terminal of the ripple removal circuit portion 13 is connected to the positive electrode (+) and the negative electrode Circuit structure.

본 발명의 일 실시형태에서 양방향 PWM 인버터부(12)의 직류 입출력단에서 출력되는 전압을 강압하여 배터리부(11)로 제공하는 강압 직류-직류 컨버터로 구현될 수 있다. 도 1에서는 리플 제거 회로부(13)를 구성하는 강압 직류-직류 컨버터를 벅(Buck) 컨버터로 구현한 일례를 도시한다. 벅 컨버터는 배터리부(11)의 양극(+ 단)에 일단이 연결된 인덕터(131)와 인덕터(131)의 타단과 양방향 PWM 인버터부(12)의 직류 입출력단의 정(+) 단자 사이를 소정 주기로 단락/개방하는 스위칭 소자(132)와, 인덕터(131)와 스위칭 소자(132)의 연결노드와 배터리부(11)의 음극(- 단)에 각각 캐소드와 애노드가 연결된 다이오드(133)를 포함하여 구성될 수 있다. 이에 더하여 리플 제거 회로부(13)는, 배터리부(11)의 양극과 음극 사이에 양단이 연결된 캐패시터(134)와 양방향 PWM 인버터부(12)의 직류 입출력단의 정(+) 단자와 부(-)단자 사이에 양단이 연결된 캐패시터(135)를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 회로 구조에 따라, 벅 컨버터의 입력단은 양방향 PWM 인버터부(12)의 직류 입출력단과 연결되고 벅 컨버터의 출력단은 배터리부(11)와 연결되어, 양방향 PWM 인버터부(12)에서 제공되는 직류 전압을 강압하여 배터리부(11)로 제공함으로써 배터리부(11)가 충전되게 할 수 있다. The present invention can be embodied as a step-down DC-DC converter that reduces the voltage output from the DC input / output terminal of the bidirectional PWM inverter section 12 and provides the voltage to the battery section 11. [ 1 shows an example in which a step-down DC-DC converter constituting the ripple removing circuit unit 13 is implemented as a buck converter. The buck converter includes an inductor 131 whose one end is connected to the positive terminal (+ terminal) of the battery unit 11 and a positive terminal of the other terminal of the inductor 131 and a positive terminal of the DC input / output terminal of the bidirectional PWM inverter unit 12, And a diode 133 connected to the cathode of the battery unit 11 and the cathode of the battery unit 11, respectively, connected to the connection node of the inductor 131 and the switching unit 132, . The ripple cancellation circuit unit 13 includes a capacitor 134 having both ends connected between the positive and negative terminals of the battery unit 11 and a positive terminal and a negative terminal of the DC input and output terminals of the bidirectional PWM inverter unit 12, And a capacitor 135 having both ends connected between the terminals. According to such a circuit structure, the input terminal of the buck converter is connected to the DC input / output terminal of the bidirectional PWM inverter section 12, the output terminal of the buck converter is connected to the battery section 11, The voltage is lowered and supplied to the battery unit 11 so that the battery unit 11 can be charged.

한편, 본 발명의 일 실시형태는, 리플 제거 회로부(13)와 양방향 PWM 인버터부(12) 사이의 연결 노드와 리플 제거 회로부(13)와 배터리부(11) 사이의 연결 노드, 즉 리플 제거 회로부(13)의 입력단과 출력단에 양단이 연결되어 두 노드 간의 전기적인 단락/개방을 선택적으로 형성하는 바이패스 스위칭 소자(16)를 더 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 바이패스 스위칭 소자(16)는, 배터리부(11)의 양극(+)과 양방향 PWM 인버터부(12)의 직류 입출력단의 정(+) 단자에 사이에 양단이 연결되는 회로 구조를 가질 수 있다. 바이패스 스위칭 소자(16)는 배터리부(11)가 충전되는 모드에서 개방되고 배터리부(11)가 방전되는 모드에서 단락되도록 동작할 수 있다. 도 1에 도시된 일례에서, 바이패스 스위칭 소자(16)는 리플 제거 회로부(13)와 양방향 PWM 인버터부(12) 사이의 연결 노드와 리플 제거 회로부(13)와 배터리부(11) 사이의 연결 노드, 즉 리플 제거 회로부(13)의 입력단과 출력단에 각각 캐노드와 애소드가 연결된 다이오드(16)로 구현될 수 있다. The connection node between the ripple removal circuit section 13 and the bidirectional PWM inverter section 12 and the connection node between the ripple removal circuit section 13 and the battery section 11, And a bypass switching element 16 connected at both ends thereof to the input and output terminals of the switching element 13 to selectively form electrical shorting / opening between the two nodes. More specifically, the bypass switching device 16 has a circuit structure in which both ends are connected between positive (+) terminals of the battery section 11 and positive terminals of the DC input / output terminals of the bidirectional PWM inverter section 12 Lt; / RTI > The bypass switching element 16 can operate such that it is short-circuited in a mode in which the battery unit 11 is opened in a charging mode and a battery unit 11 is discharged. 1, the bypass switching element 16 includes a connection node between the ripple removal circuit portion 13 and the bi-directional PWM inverter portion 12, a connection between the ripple removal circuit portion 13 and the battery portion 11, And a diode 16 connected to the input terminal and the output terminal of the ripple removal circuit unit 13, respectively.

도 1에서 구체적으로 설명되지 않은 도면 참조 부호 ‘17’로 지시된 요소는 매칭 트랜스포머이다. 매칭 트랜스포머(17)는 양방향 PWM 인버터부(12)와 계통(14) 또는 부하(15)의 상호 임피던스 매칭을 위해 구비될 뿐만 아니라, 양방향 PWM 인버터부(12)에서 변환된 교류 전력을 제공받아 전압의 크기를 변환하여 계통(14) 또는 부하(15)로 적절한 크기의 교류 전압을 제공하고, 계통(14)으로부터 교류 전력을 제공받아 전압의 크기를 변환하여 양방향 PWM 인버터부(12)에 적절한 크기의 교류전압을 제공할 수 있다.An element denoted by reference numeral 17, which is not specifically described in FIG. 1, is a matching transformer. The matching transformer 17 is provided not only for the mutual impedance matching between the bidirectional PWM inverter section 12 and the system 14 or the load 15 but also for receiving the AC power converted from the bidirectional PWM inverter section 12, And supplies the alternating current voltage to the system 14 or the load 15 and converts the magnitude of the voltage by receiving the alternating current power from the system 14 and supplies the alternating current voltage to the bidirectional PWM inverter unit 12 Lt; RTI ID = 0.0 > AC < / RTI >

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치가 배터리부의 충전 모드로 동작하는 경우의 등가회로도이다.2 is an equivalent circuit diagram of an energy storage device capable of improving battery life according to an embodiment of the present invention when operated in a charging mode of a battery unit.

도 2에 도시한 것과 같이, 에너지 저장 장치가 충전 모드로 동작하는 경우, 양방향 PWM 인버터부(12)의 직류 입출력단에 연결된 리플 제거 회로부(13)의 벅 컨버터가 동작하여 리플이 제거된 직류 전력을 배터리부(11)로 제공하여 배터리부(11)의 충전이 이루어지게 할 수 있다. 즉, 배터리부(11)를 충전하는 충전 모드에서 양방향 PWM 인버터부(12)는 계통(14)으로부터 교류 전력을 제공받아 이를 변환하여 리플 제거 회로부(13)의 벅 컨버터에 리플성분(예를 들어, 120 Hz)이 있지만 충분히 높은 직류 전압을 공급한다. 이 때, 다이오드(16)는 역방향 바이어스 되므로 자동적으로 오프(개방상태)가 되고 벅 컨버터를 동작시켜서 배터리부(11)에 제공되는 직류의 충전 전압/전류를 리플이 없는 직류 전압/전류로 만들어준다.2, when the energy storage device operates in the charge mode, the buck converter of the ripple eliminating circuit portion 13 connected to the DC input / output terminal of the bidirectional PWM inverter portion 12 operates and the DC power To the battery unit 11 so that the battery unit 11 can be charged. That is, the bidirectional PWM inverter unit 12 receives AC power from the system 14 in the charging mode in which the battery unit 11 is charged, converts the AC power into a ripple component (for example, , 120 Hz) but supplies a sufficiently high DC voltage. At this time, since the diode 16 is biased in the reverse direction, the diode 16 is automatically turned off (opened) and the buck converter is operated to make the DC charging voltage / current supplied to the battery unit 11 a DC voltage / current without ripple .

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치가 배터리부의 충전 모드에서 주요 부분의 전압/전류 파형을 도시한 것으로, (a)는 양방향 PWM 인버터부의 교류 입출력단으로 입력되는 전류의 파형을 도시하며, (b)는 양방향 PWM 인버터부의 직류 입출력단으로 출력되는 전압의 파형을 도시하며, (c)는 리플 제거 회로부의 출력 전압의 파형을 도시한다. FIG. 3 illustrates voltage / current waveforms of a main part in a charging mode of a battery unit, in which an energy storage device capable of improving battery life according to an embodiment of the present invention is shown. FIG. (B) shows the waveform of the voltage output to the DC input / output terminal of the bidirectional PWM inverter section, and (c) shows the waveform of the output voltage of the ripple rejection circuit section.

도 3에 도시한 바와 같이, 양방향 PWM 인버터부(11)의 직류 입출력단 전압파형(VDC)은 양방향 PWM 인버터부의 교류 입출력단으로 입력되는 전류(iinv)의 영향으로 인해 리플성분이 있지만, 배터리부(11)를 충전하는 리플 제거 회로부의 벅 컨버터의 직류 출력 전압파형(Vbatt)은 리플이 없이 깨끗한 직류인 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 에너지 저장 시스템은 배터리부를 충전하는 전압/전류에 리플 성분이 존재하지 않도록 관리함으로써 배터리부의 수명을 높이는 데 기여할 수 있다.As shown in FIG. 3, the DC input / output voltage waveform V DC of the bidirectional PWM inverter section 11 has a ripple component due to the influence of the current i inv input to the AC input / output terminal of the bidirectional PWM inverter section, It can be confirmed that the DC output voltage waveform (V batt ) of the buck converter of the ripple removing circuit portion for charging the battery portion 11 is a clean direct current without ripple. Therefore, the energy storage system according to one embodiment of the present invention can contribute to increase the service life of the battery unit by managing the absence of the ripple component in the voltage / current charging the battery unit.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치가 배터리부의 방전 모드로 동작하는 경우의 등가회로도이다.4 is an equivalent circuit diagram of an energy storage device capable of improving battery life according to an embodiment of the present invention when operated in a discharge mode of a battery.

계통(14)에 전력을 판매하거나, 계통의 전원에 고장이 발생하여 백업운전을 하는 방전운전모드에서는 제한된 배터리 에너지를 사용하여 최대한 오래 방전할 수 있도록 관리해야 한다. 도 4에 도시된 것과 같이, 방전 모드 동작을 위해 리플 제거 회로부(13)의 벅 컨버터를 정지시키면, 다이오드(16)는 순방향 바이어스되므로 자동적으로 온(단락)되고, 배터리부(11)의 직류 전력은 양방향 PWM 인버터부(12)의 직류링크측에 직접 가해져서 교류로 변환 가능하게 된다. 방전 모드에서, 전력은 배터리부(11)로부터 계통(14) 측을 향하여 흐른다. 리플 제거 회로부(13)에 포함된 두 개의 캐패시터(즉, 벅 컨버터의 입출력단에 접속 되었던 커패시터)(134, 135)는 병렬로 접속되어 커패시터 뱅크를 구성함으로써 양방향 PWM 인버터부(12)의 직류 입출력단의 전압을 안정화 시킨다.In the discharge operation mode in which the power is sold to the system 14 or the power of the system is broken and the backup operation is performed, the battery should be managed so as to discharge for the longest time using limited battery energy. 4, when the buck converter of the ripple cancellation circuit portion 13 is stopped for discharging mode operation, the diode 16 is forward biased automatically so that the DC power of the battery portion 11 Is directly applied to the dc link side of the bidirectional PWM inverter section 12, and can be converted into alternating current. In the discharge mode, power flows from the battery section 11 toward the system 14 side. The capacitors 134 and 135 connected to the input and output terminals of the buck converter are connected in parallel to constitute a capacitor bank so that the DC input / output of the bidirectional PWM inverter unit 12 Thereby stabilizing the voltage of the step.

이러한, 에너지 저장 장치의 회로 구조에 의하여, 양방향 PWM 인버터부(12)는 방전모드에서 배터리부(11)의 방전전압 변화에만 대응하여 동작하면 되기 때문에 상대적으로 안정적·고효율 운전이 가능하다. 또한, 배터리부(11)를 충전하는 충전운전모드에서 리플 제거 회로부(13)의 벅 컨버터가 리플이 없는 안정적인 직류 전압/전류를 배터리부(11)에 공급할 수 있으므로 배터리부(11)의 수명을 높일 수 있고, 양방향 PWM 인버터부(12)는 최적의 직류링크 전압으로 고효율 운전이 가능하다. Due to the circuit structure of the energy storage device, the bidirectional PWM inverter unit 12 can operate only in response to a change in the discharge voltage of the battery unit 11 in the discharge mode, thereby enabling relatively stable and highly efficient operation. Since the buck converter of the ripple removal circuit portion 13 can supply a stable DC voltage / current without ripple to the battery portion 11 in the charge operation mode for charging the battery portion 11, the life of the battery portion 11 can be shortened And the bidirectional PWM inverter unit 12 can operate at a high efficiency with an optimal DC link voltage.

도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치의 블록 구성도이다.5 is a block diagram of an energy storage device capable of improving battery life according to another embodiment of the present invention.

계통측 전압 레벨이 높아지면 직류 링크측 전압도 비례하여 증가하여야 한다. 전술한 도 1의 에너지 저장 장치에서 직류 링크측 전압이 증가되기 위하여는 배터리부(11)를 구성하는 상호 직렬 연결된 배터리 셀의 개수가 증가되어야 하며, 배터리 셀의 개수가 증가하는 경우 충전 중에 배터리 셀들의 불균형이 발생되는 문제가 있다. 종래에는 이러한 배터리 셀들의 불균형 문제를 해소하기 위해 별도의 배터리 셀 평형 회로를 사용하였다.As the grid voltage level increases, the voltage on the dc link side must also increase proportionally. In order to increase the DC link voltage in the energy storage device of FIG. 1, the number of mutually connected battery cells constituting the battery unit 11 must be increased. If the number of battery cells increases, There is a problem in that an imbalance occurs. Conventionally, a separate battery cell balancing circuit is used to solve the unbalance problem of the battery cells.

본 발명의 일 실시형태에서는, 직류 링크측 전압 상승의 문제를 해소하고자 별도의 배터리 셀 평형 회로를 채용하는 대신, 도 5에 도시한 것과 같이, 배터리 부(11-1 내지 11-3) 내에 상호 직렬 연결된 배터리 셀의 개수를 셀 불균형의 문제가 발생되지 않는 범위의 적은 개수로 구성한다. 즉, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 부(11-1 내지 11-3)는 단일 배터리 셀 또는 복수의 배터리 셀을 포함하되, 복수의 배터리 셀을 포함하는 경우 배터리 셀의 개수는, 셀 불평형의 문제가 발생하지 않는 적은 개수(예를 들어, 2 내지 3 개)의 배터리 셀을 포함하도록 구현될 수 있다.In an embodiment of the present invention, instead of employing a separate battery cell balancing circuit in order to solve the problem of voltage rise on the DC link side, as shown in Fig. 5, in the battery units 11-1 to 11-3, The number of battery cells connected in series is made to be a small number within a range in which the problem of cell imbalance does not occur. That is, the battery units 11-1 to 11-3 according to an embodiment of the present invention include a single battery cell or a plurality of battery cells, and when the battery cells include a plurality of battery cells, (E.g., two to three) battery cells that do not cause the problem of the battery cells.

또한, 복수의 배터리 부(11-1 내지 11-3) 각각에 리플 제거 회로부(13-1 내지 13-3)를 적용하며, 복수의 리플 제거 회로부(13-1 내지 13-3)를 상호 직렬 연결하여 양방향 PWM 인버터부(12)의 직류 입출력단에 연결한다. 더욱 구체적으로, 각 리플 제거 회로부(13-1 내지 13-3)의 출력단은 각 배터리부(11-1 내지 11-3)의 양극과 음극에 연결되고, 리플 제거 회로부(13-1 내지 13-3)의 입력단은 상호 직렬 연결될 수 있으며, 리플 제거 회로부(13-1 내지 13-3)의 직렬 연결 회로 구조는 전체적으로 양방향 PWM 인버터부(12)의 직류 입출력단에 연결될 수 있다. 각 리플 제거 회로부(13-1 내지 13-3)는 도 1에서 설명된 실시예와 같이 강압 직류-직류 컨버터인 벅 컨버터로 구현될 수 있다.Further, the ripple removal circuit portions 13-1 to 13-3 are applied to the plurality of battery portions 11-1 to 11-3, respectively, and the plurality of ripple removal circuit portions 13-1 to 13-3 are connected in series And is connected to the DC input / output terminal of the bi-directional PWM inverter unit 12. [ More specifically, the output ends of the ripple removal circuit portions 13-1 to 13-3 are connected to the positive and negative electrodes of the battery portions 11-1 to 11-3, respectively, and the ripple removal circuit portions 13-1 to 13- 3 may be connected in series and the series connection circuit structure of the ripple removal circuit units 13-1 to 13-3 may be connected to the DC input / output terminal of the bidirectional PWM inverter unit 12 as a whole. Each of the ripple removing circuit portions 13-1 to 13-3 may be implemented as a buck converter that is a step-down DC-DC converter as in the embodiment described with reference to FIG.

또한, 도 5에 도시된 실시형태는, 복수의 리플 제거 회로부(13-1 내지 13-3)의 입출력 단자 사이에 각각 양단이 연결된 바이패스 스위칭 소자로서 다이오드(16-1 내지 16-3)를 연결할 수 있다. 다이오드(16-1 내지 16-3) 역시 도 1에서 설명된 바이패스 스위칭 소자인 다이오드(16)와 동일하게 동작할 수 있다.In the embodiment shown in Fig. 5, the diodes 16-1 to 16-3 are provided as bypass switching elements having both ends connected between the input / output terminals of the plurality of ripple removal circuit portions 13-1 to 13-3 You can connect. The diodes 16-1 to 16-3 can operate in the same manner as the diode 16, which is the bypass switching element described in Fig.

이러한 도 5에 도시된 것과 같은 구성을 통해, 배터리 부(11-1 내지 11-3)의 충전시 발생할 수 있는 셀 불균형의 문제를 회피할 수 있으며, 동시에 에너지 저장 장치의 충전 운전 모드에서 리플에 제거된 직류 전력을 각 배터리부(11-1 내지 11-3)로 제공할 수 있다. 즉, 리플 제거 회로부(13-1 내지 13-3)의 벅 컨버터들이 각각에 연결된 배터리부(11-1 내지 11-3)를 독립적으로 최대한 충전하여 각 배터리 부 사이에 발생할 수 있는 충전불균형 문제를 미연에 방지할 수 있다. 에너지 저장 장치의 방전모드에서, 리플 제거 회로부(13-1 내지 13-3) 내 벅 컨버터 들은 정지되고 바이패스 스위치로 작용하는 복수의 다이오드(16-1 내지 16-3)가 단락 상태가 됨으로써 복수의 배터리부(11-1 내지 11-3)를 상호 직렬 접속되게 하여 높은 직류링크 전압을 확보할 수 있으므로, 양방향 PWM 인버터부(12)에 필요한 직류전압을 충분하게 공급할 수 있다.
5, it is possible to avoid the problem of the cell unbalance that may occur in charging the battery units 11-1 to 11-3, and at the same time, And can supply the removed direct current power to each of the battery units 11-1 to 11-3. That is, the buck converters of the ripple removal circuit units 13-1 to 13-3 independently charge the battery units 11-1 to 11-3 connected to each other to maximize the charging imbalance problem that may occur between the battery units It can be prevented in advance. In the discharge mode of the energy storage device, the buck converters in the ripple removal circuit portions 13-1 to 13-3 are stopped and a plurality of diodes 16-1 to 16-3 serving as a bypass switch are short- The battery sections 11-1 to 11-3 of the bidirectional PWM inverter section 12 can be connected in series to each other to secure a high DC link voltage, so that the DC voltage required for the bidirectional PWM inverter section 12 can be sufficiently supplied.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the embodiments described, but should be determined by the scope of the following claims and equivalents thereof.

11: 배터리부 12: 양방향 PWM 인버터
121: 스위칭 회로부 122: LC 필터부
14: 계통(계통 전원) 15: 부하
16: 바이패스 스위칭 소자(다이오드) 17: 매칭 트랜스포머11: Battery section 12: Bidirectional PWM inverter
121: switching circuit part 122: LC filter part
14: grid (grid power) 15: load
16: Bypass switching element (diode) 17: Matching transformer

Claims (11)

배터리부;
상기 배터리부의 직류 전력을 입력 받아 교류 전력으로 변환하여 계통 또는 부하로 제공하고, 상기 계통으로부터 교류 전력을 제공받아 직류 전력으로 변환하여 상기 배터리부로 제공하는 양방향 PWM 인버터부;
상기 배터리부와 상기 양방향 PWM 인버터부 사이에 배치되며, 상기 양방향 PWM 인버터부에서 상기 배터리부로 전달되는 직류 전력의 리플 성분을 제거하는 리플 제거 회로부; 및
상기 리플 제거 회로부와 상기 양방향 PWM 인버터부 사이의 연결 노드와 상기 리플 제거 회로부와 상기 배터리부 사이의 연결 노드 사이에 연결되어, 상기 배터리부가 충전되는 모드에서 개방되고 상기 배터리부가 방전되는 모드에서 단락되는 바이패스 스위칭 소자
를 포함하는 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치.A battery section;
A bidirectional PWM inverter unit which receives DC power of the battery unit and converts the DC power into AC power and supplies the AC power to the system or the load;
A ripple eliminating circuit part which is disposed between the battery part and the bidirectional PWM inverter part and removes a ripple component of DC power transmitted from the bidirectional PWM inverter part to the battery part; And
And a connection node between the ripple cancellation circuit part and the bidirectional PWM inverter part, and a connection node between the ripple cancellation circuit part and the battery part, and is short-circuited in a mode where the battery part is opened in a charging mode and the battery part is discharged Bypass switching element
And an energy storage device capable of improving battery life. 제1항에 있어서, 상기 리플 제거 회로부는,
상기 양방향 PWM 인버터부의 직류 입출력단에서 출력되는 전압을 강압하여 상기 배터리부로 제공하는 강압 직류-직류 컨버터인 것을 특징으로 하는 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치.The semiconductor device according to claim 1,
And a step-down DC-DC converter for stepping down a voltage output from a DC input / output terminal of the bidirectional PWM inverter unit and providing the DC voltage to the battery unit. 제2항에 있어서,
상기 강압 직류-직류 컨버터는 벅(Buck) 컨버터인 것을 특징으로 하는 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the step-down DC-DC converter is a Buck converter. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 바이패스 스위칭 소자는,
상기 리플 제거 회로부와 상기 양방향 PWM 인버터부 사이의 연결 노드와 상기 리플 제거 회로부와 상기 배터리부 사이의 연결 노드에 각각 애노드와 캐소드가 연결된 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치.The apparatus of claim 1, wherein the bypass switching element comprises:
And a diode connected between a connection node between the ripple removal circuit unit and the bidirectional PWM inverter unit and a connection node between the ripple removal circuit unit and the battery unit, the anode and the cathode being connected to each other. . 사전 설정된 개수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 배터리부;
상기 복수의 배터리부의 직류 전력을 입력 받아 교류 전력으로 변환하여 계통 또는 부하로 제공하고, 상기 계통으로부터 교류 전력을 제공받아 직류 전력으로 변환하여 상기 복수의 배터리부로 제공하는 양방향 PWM 인버터부;
상기 복수의 배터리부의 양극과 음극에 각각 연결된 출력단을 갖는 복수의 리플 제거 회로부; 및
상기 리플 제거 회로부의 입력단과 출력단 사이에 각각 연결되어, 상기 배터리부가 충전되는 모드에서 개방되고 상기 배터리부가 방전되는 모드에서 단락되는 복수의 바이패스 스위칭 소자를 포함하며,
상기 리플 제거 회로부의 입력단은 상호 직렬 연결되고, 상기 복수의 리플 제거 회로부로 이루어진 직렬 연결 회로 구조는 상기 양방향 PWM 인버터의 직류 입출력단에 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치.A plurality of battery units each including a predetermined number of battery cells;
A bidirectional PWM inverter unit which receives DC power of the plurality of battery units and converts the DC power into AC power and supplies the DC power to the system or the load;
A plurality of ripple cancellation circuit units having output terminals respectively connected to the positive and negative electrodes of the plurality of battery units; And
And a plurality of bypass switching elements connected between an input terminal and an output terminal of the ripple removal circuit section and short-circuited in a mode where the battery section is opened in a charging mode and the battery section is discharged,
Wherein the input terminals of the ripple removal circuitry are connected in series and the series connection circuitry structure including the plurality of ripple removal circuitry portions is connected to the DC input and output terminals of the bidirectional PWM inverter. 제6항에 있어서,
상기 복수의 배터리부 각각에 포함된 배터리 셀의 개수는, 상호 직렬 연결된 배터리 셀 간의 셀 불평형 현상을 발생시키지 않는 개수인 것을 특징으로 하는 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치.The method according to claim 6,
Wherein the number of battery cells included in each of the plurality of battery units is a number that does not cause cell imbalance between battery cells connected in series. 제6항에 있어서, 상기 복수의 리플 제거 회로부는,
상기 양방향 PWM 인버터부의 직류 입출력단에서 출력되는 전압의 분기 전압을 강압하여 각각이 연결된 배터리부로 제공하는 강압 직류-직류 컨버터인 것을 특징으로 하는 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치.7. The semiconductor device according to claim 6,
And a step-down DC-DC converter for stepping down the branching voltage of the voltage output from the DC input / output terminal of the bidirectional PWM inverter unit and providing the DC voltage to the connected battery unit. 제8항에 있어서,
상기 강압 직류-직류 컨버터는 벅(Buck) 컨버터인 것을 특징으로 하는 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the step-down DC-DC converter is a Buck converter. 삭제delete 제6항에 있어서, 상기 바이패스 스위칭 소자는,
상기 리플 제거 회로부의 입력단과 출력단에 각각 애노드와 캐소드가 연결된 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 향상이 가능한 에너지 저장 장치.7. The switching power supply according to claim 6,
And a diode connected to an anode and a cathode respectively at an input terminal and an output terminal of the ripple cancellation circuit unit.
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