KR101050114B1

KR101050114B1 - Energy acquisition device

Info

Publication number: KR101050114B1
Application number: KR1020090036192A
Authority: KR
Inventors: 권영민; 송병훈; 이형수; 류승기
Original assignee: 한국건설기술연구원; 전자부품연구원
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2011-07-19
Anticipated expiration: 2029-04-24
Also published as: KR20100117432A

Abstract

유효 에너지 획득 구간이 확장되어, 에너지 획득 효율을 높이고 높은 내구성을 갖는 제품신뢰성이 향상된 에너지 획득 장치가 제안된다. 제안된 에너지 획득장치는 1차 에너지를 전기에너지로 변환하는 에너지 변환부, 전기에너지를 저장하되, 제1에너지 저장부로서 수퍼 커패시터 및 제2에너지 저장부로서 이차전지를 포함하는 에너지 저장부 및 에너지 변환부의 출력 및 에너지 저장부의 입력을 매칭하는 에너지 입출력 매칭부를 포함한다. An effective energy acquisition section is extended, and an energy acquisition device with improved product reliability with high energy efficiency and high durability is proposed. The proposed energy acquisition device includes an energy conversion unit for converting primary energy into electrical energy, an energy storage unit for storing electric energy, including a supercapacitor as a first energy storage unit, and a secondary battery as a second energy storage unit, and energy. And an energy input / output matching unit matching the output of the converter and the input of the energy storage unit.

수퍼커패시터, 이차전지 Supercapacitors, Secondary Batteries

Description

Energy harvesting device

본 발명은 에너지 획득 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유효 에너지 획득 구간이 확장되어, 에너지 획득 효율을 높이고 높은 내구성을 갖는 제품신뢰성이 향상된 에너지 획득 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an energy acquisition device, and more particularly, to an energy acquisition device having an extended effective energy acquisition interval, thereby improving energy acquisition efficiency and improving product reliability with high durability.

유비쿼터스 사회로 접어들면서 공간적, 시간적 제약에서 벗어나 누구나 정보를 자유롭게 이용할 수 있는 환경이 구축되고 있다. 이러한 환경구축을 위하여 예를 들어 무선통신을 기반으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크(USN, Ubiquitous Sensor Network)는 각종 센서에서 감지한 정보를 무선으로 수집할 수 있도록 구성한 네트워크로서 개인영역 무선통신(WPAN, Wireless Personal Area Network)나 ad-hoc network 등의 기술이 발전함에 따라 u센서 네트워크 기술이 매우 활성화되고 있다.As we move into a ubiquitous society, an environment in which anyone can freely use information is being constructed, free from space and time constraints. For this environment, for example, the Ubiquitous Sensor Network (USN) based on wireless communication is a network configured to collect information detected by various sensors wirelessly. With the development of technologies such as area network) and ad-hoc network, u-sensor network technology is very active.

USN은 배터리를 이용하여 전원을 공급받아 동작하므로, 지속적인 전원공급이 가능하도록 하기 위하여 노력이 있었고, USN의 에너지 공급에 대한 제약이 문제점 으로 제기되었다. Since the USN operates by being powered by a battery, efforts have been made to enable continuous power supply, and the limitation of the USN's energy supply has been raised as a problem.

이러한 에너지 공급문제를 극복하기 위하여 사용되는 전력소비를 감소시키고자 저전력 하드웨어와 소프트웨어 알고리즘들이 개발되었지만 근본적인 해결점이 되지 않는다. 따라서, USN의 에너지 공급원에 대한 다양한 연구가 수행되고 있으며, 특히 주변환경으로부터 에너지를 획득하는 에너지 하베스팅 시스템들이 각광받고 있다.Low power hardware and software algorithms have been developed to reduce the power consumption used to overcome this energy supply problem, but this is not a fundamental solution. Accordingly, various researches on USN energy sources have been conducted, and energy harvesting systems for obtaining energy from the surrounding environment have been in the spotlight.

기존의 에너지 하베스팅에 대한 연구는 태양, 바람, 진동, 및 온도차 등 다양한 환경에너지를 이용한 에너지 획득 연구와 에너지 획득 효율 향상에 주안점을 둔다. 에너지 획득장치에서는 환경으로부터 얻은 1차 에너지를 에너지 저장장치에 저장하고, 이를 출력하여 센서 등의 장치에 에너지를 공급한다. The existing research on energy harvesting focuses on energy acquisition research using various environmental energy such as sun, wind, vibration, and temperature difference and improvement of energy acquisition efficiency. In the energy acquisition device, primary energy obtained from the environment is stored in an energy storage device, and outputted to supply energy to devices such as sensors.

그러나, 환경으로부터 얻는 1차 에너지는 불연속적이고, 조건에 따라 획득할 수 있는 에너지 크기의 편차를 가지고 있다. 이러한 환경에너지의 특성으로 인해 기존의 에너지 획득 장치의 에너지 저장장치에서는 변환된 전기에너지를 저장하기에 너무 저장용량이 작거나 너무 큰 경우가 발생한다. 또한, 에너지 크기의 불연속적인 특성, 예를 들면 순간적으로 너무 큰 용량의 에너지가 유입되는 등의 특성으로 인해 에너지 저장 장치의 수명을 줄이게 되는 문제점이 있다. However, the primary energy obtained from the environment is discontinuous and has a variation in the amount of energy that can be obtained depending on the conditions. Due to the characteristics of the environmental energy, the energy storage device of the conventional energy acquisition device may be too small or too large to store the converted electrical energy. In addition, there is a problem in that the lifetime of the energy storage device is reduced due to the discontinuous characteristics of the energy size, for example, a characteristic such as instantaneously introducing a large amount of energy.

따라서, 좀 더 효율적인 에너지 획득을 위하여 에너지 저장시의 장치적 결함을 보완하고, 저장성능을 높일 수 있는 장치의 개발이 요청된다. Therefore, in order to more efficiently obtain energy, it is required to develop a device capable of compensating for a defect in energy storage and increasing storage performance.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유효 에너지 획득 구간이 확장되어, 에너지 획득 효율을 높이고 높은 내구성을 갖는 제품신뢰성이 향상된 에너지 획득 장치를 제공하는데 있다. The present invention is to solve the above-mentioned problems, an object of the present invention is to provide an energy acquisition device that has an effective energy acquisition interval is extended, improve the energy acquisition efficiency and improved product reliability with high durability.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 에너지 획득장치는, 1차 에너지를 전기에너지로 변환하는 에너지 변환부; 전기에너지를 저장하되, 제1에너지 저장부로서 수퍼 커패시터 및 제2에너지 저장부로서 이차전지를 포함하는 에너지 저장부; 및 에너지 변환부의 출력 및 에너지 저장부의 입력을 매칭하는 에너지 입출력 매칭부;를 포함한다. 여기서, 1차 에너지는 태양에너지, 풍력에너지, 및 진동에너지 중 적어도 어느 하나일 수 있다. Energy obtaining apparatus according to an aspect of the present invention for achieving the above object, the energy conversion unit for converting the primary energy into electrical energy; An energy storage unit for storing electric energy, wherein the energy storage unit includes a supercapacitor as a first energy storage unit and a secondary battery as a second energy storage unit; And an energy input / output matching unit matching the output of the energy conversion unit and the input of the energy storage unit. Here, the primary energy may be at least one of solar energy, wind energy, and vibration energy.

에너지 저장부는 제1에너지 저장부 및 제2에너지 저장부를 제어하는 에너지 저장 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다. 에너지 저장 제어부는 에너지 입출력 매칭부로부터 입력되는 에너지를 제1에너지 저장부 및 제2에너지 저장부 중 어느 하나에 입력하고, 제1에너지 저장부 및 제2에너지 저장부 중 어느 하나로부터 에너지를 외부로 출력할 수 있다.The energy storage unit may further include an energy storage control unit controlling the first energy storage unit and the second energy storage unit. The energy storage control unit inputs energy input from the energy input / output matching unit to any one of the first energy storage unit and the second energy storage unit, and transfers energy from one of the first energy storage unit and the second energy storage unit to the outside. You can print

또한, 에너지 저장 제어부는, 에너지 저장부로 입력된 에너지가 기준치보다 낮은 경우 제1에너지 저장부에 저장하고, 에너지 저장부로 입력된 에너지가 기준치와 같거나 높은 경우 제2에너지 저장부에 저장한다. 이와 함께, 에너지 저장 제어부는, 에너지 저장부로 입력된 에너지가 기준균일도보다 낮은 균일도를 갖는 경우 제1에너지 저장부에 저장하고, 에너지 저장부로 입력된 에너지가 기준균일도보다 같거나 높은 균일도를 갖는 경우 제2에너지 저장부에 저장한다. In addition, the energy storage controller stores the energy stored in the first energy storage unit when the energy input to the energy storage unit is lower than the reference value, and stores the energy stored in the second energy storage unit when the energy input to the energy storage unit is equal to or higher than the reference value. In addition, when the energy input to the energy storage unit has a uniformity lower than the reference uniformity, the energy storage control unit stores the first energy storage unit, and when the energy input to the energy storage unit has a uniformity higher than or equal to the reference uniformity, 2 Store in energy storage.

에너지 저장 제어부는, 제1에너지 저장부에 저장된 에너지가 최대치인 경우, 에너지 입출력 매칭부로부터 입력된 에너지를 제2에너지 저장부에 저장할 수 있다. 또는, 에너지 저장 제어부는, 제2에너지 저장부에 저장된 에너지가 최대치인 경우, 에너지 입출력 매칭부로부터 입력된 에너지를 제1에너지 저장부에 저장할 수 있다. When the energy stored in the first energy storage is the maximum value, the energy storage controller may store the energy input from the energy input / output matching unit in the second energy storage. Alternatively, when the energy stored in the second energy storage is the maximum value, the energy storage controller may store the energy input from the energy input / output matching unit in the first energy storage.

에너지 저장 제어부는, 제1에너지 저장부에 저장된 에너지가 최대치인 경우, 제1에너지 저장부에 저장된 에너지를 제2에너지 저장부로 전달할 수 있다. When the energy stored in the first energy storage is the maximum value, the energy storage controller may transfer the energy stored in the first energy storage to the second energy storage.

에너지 저장 제어부는, 제2에너지 저장부에 저장된 에너지가 최대치인 경우, 제1에너지 저장부에 저장된 에너지를 외부로 출력할 수 있다. When the energy stored in the second energy storage is the maximum value, the energy storage controller may output the energy stored in the first energy storage to the outside.

제2에너지 저장부는, 납축 전지, 니켈 카드뮴(NiCd)축전지, 니켈 수소 (NiMH)축전지, 리튬 이온(Li-ion)전지, 및 리튬 이온 폴리머 (Li-ion polymer)전지 중 적어도 하나일 수 있다. The second energy storage unit may be at least one of a lead acid battery, a nickel cadmium (NiCd) battery, a nickel hydride (NiMH) battery, a lithium ion (Li-ion) battery, and a lithium ion polymer (Li-ion polymer) battery.

본 발명에 따르면, 에너지 획득장치에 에너지 버퍼와 같은 여분의 저장부를 사용함으로써 유효 에너지 획득 구간을 확장할 수 있다. 따라서, 에너지 획득 효율을 높이고 장기 에너지 저장장치인 이차전지의 충방전 횟수를 줄이고, 수명을 연장시키는 효과가 있어 에너지 획득 장치의 신뢰성을 높일 수 있다. According to the present invention, the effective energy acquisition interval can be extended by using an extra storage unit such as an energy buffer in the energy acquisition device. Therefore, it is possible to increase the energy acquisition efficiency, reduce the number of charge / discharge cycles of the secondary battery, which is a long-term energy storage device, and extend the life, thereby increasing the reliability of the energy acquisition device.

또한 본 발명에 따르면, 보다 효율적으로 에너지를 획득하고 저장할 수 있어서, 특히 무선센서 네트워크와 같은 소형 디바이스용 에너지 획득 장치의 단점을 개선할 수 있는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to more efficiently acquire and store energy, in particular, there is an effect that can improve the disadvantages of the energy acquisition device for small devices, such as a wireless sensor network.

아울러, 기존 에너지 획득 장치에 비해 고효율의 에너지 획득이 가능하므로 국방, 건설, 도로, 및 교통 분야 등의 다양한 분야에서 사용되는 장치의 에너지 획득장치로서 사용범위를 다양화할 수 있는 효과가 있다. In addition, since it is possible to obtain energy with high efficiency compared to the existing energy acquisition device, there is an effect of diversifying the range of use as an energy acquisition device for devices used in various fields such as defense, construction, road, and transportation.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 획득장치의 블럭도이다. 본 발명에 따른 에너지 획득장치(100)는, 1차 에너지를 전기에너지로 변환하는 에너지 변환부(110); 전기에너지를 저장하되, 제1에너지 저장부(미도시)로서 수퍼 커패시터 및 제2에너지 저장부(미도시)로서 이차전지를 포함하는 에너지 저장부(120); 및 에너지 변환부(110)의 출력 및 에너지 저장부(120)의 입력을 매칭하는 에너지 입출력 매칭부(130);를 포함한다. 1 is a block diagram of an energy obtaining apparatus according to an embodiment of the present invention. Energy obtaining apparatus 100 according to the present invention, the energy conversion unit 110 for converting the primary energy into electrical energy; An energy storage unit 120 for storing electric energy, including a supercapacitor as a first energy storage unit (not shown) and a secondary battery as a second energy storage unit (not shown); And an energy input / output matching unit 130 matching the output of the energy conversion unit 110 and the input of the energy storage unit 120.

본 발명의 일실시예에 따른 에너지 획득장치(100)는 에너지 변환부(110)를 포함한다. 에너지 변환부(110)는 환경으로부터 1차 에너지를 획득하고, 이를 전기에너지로 변환한다. 여기서, 환경으로부터 얻을 수 있는 1차 에너지로는 태양에너지, 풍력에너지, 또는 진동에너지 등이 있을 수 있다. 이러한 1차 에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 에너지 변환부(110)는 예를 들어, 태양전지, 압전소자(PZT, Lead zirconate titanate), 풍력발전기 등을 사용할 수 있다. Energy obtaining apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes an energy conversion unit 110. The energy conversion unit 110 obtains primary energy from the environment, and converts it into electrical energy. Here, the primary energy obtained from the environment may be solar energy, wind energy, vibration energy, or the like. The energy conversion unit 110 for converting such primary energy into electrical energy may use, for example, a solar cell, a piezoelectric element (PZT, lead zirconate titanate), or a wind generator.

에너지 변환부(110)에서 변환된 전기에너지는 에너지 저장부(120)에 저장된다. 에너지 저장부(120)는 2종류의 저장유닛을 포함할 수 있다. 에너지 저장부(120)는 수퍼 커패시터 및 이차전지를 포함한다. 여기서, 수퍼커패시터는 일종의 에너지 버퍼로서 사용되고, 이차전지는 장기 에너지 저장을 위하여 사용될 수 있다. The electrical energy converted by the energy conversion unit 110 is stored in the energy storage unit 120. The energy storage unit 120 may include two types of storage units. The energy storage unit 120 includes a super capacitor and a secondary battery. Here, the supercapacitor may be used as a kind of energy buffer, and the secondary battery may be used for long term energy storage.

환경으로부터 얻은 1차 에너지는 환경조건에 따라 불연속적이며 에너지 크기의 편차가 크다. 따라서, 너무 높거나 낮은 레벨의 에너지는 단일 저장부를 포함하는 에너지 획득장치로는 저장에 어려움이 있고, 이러한 불연속적이고, 크기 편차가 심한 에너지 저장으로 인하여 잦은 충/방전으로 인하여 수명이 단축될 수 있다. Primary energy obtained from the environment is discontinuous depending on the environmental conditions and has a large variation in the magnitude of energy. Therefore, too high or low levels of energy is difficult to store with an energy acquisition device including a single storage, and the life may be shortened due to frequent charge / discharge due to such discontinuous, highly variable energy storage. .

수퍼커패시터는 파워 밀도가 높고, 급속 충방전이 가능하며 상대적으로 충방전 수명이 긴 특징이 있다. 따라서, 큰 편차를 갖는 입력 에너지의 단기 저장장치로서 이용될 수 있다. 수퍼커패시터는 탄소전극을 포함하는 것이 일반적이고, 활성탄, 활성탄섬유, 또는 탄소나노튜브를 포함한다. 또는 탄소전극에 대체하여 금속산화물이 사용되기도 하는데, 금속산화물의 예로서 산화류테늄이나 이산화망간이 사용될 수 있다. Supercapacitors are characterized by high power density, rapid charge and discharge, and relatively long charge and discharge lifespans. Therefore, it can be used as a short term storage device of input energy having a large deviation. Supercapacitors generally include a carbon electrode, and include activated carbon, activated carbon fibers, or carbon nanotubes. Alternatively, a metal oxide may be used in place of the carbon electrode, and as examples of the metal oxide, ruthenium oxide or manganese dioxide may be used.

이와 달리, 이차전지는 수퍼커패시터에 비해 에너지 밀도(Energy Density)가 높아 작은 크기로 많은 에너지를 저장할 수 있는 장점을 가지나 파워 밀도(Power Density)가 낮아 빠른 충/방전에 불리하다. 따라서, 이차전지는 장기에너지 저장장치로서 이용될 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 이차전지로는 납축 전지, 니켈 카드뮴(NiCd)축전지, 니켈 수소 (NiMH)축전지, 리튬 이온(Li-ion)전지, 또는 리 튬 이온 폴리머 (Li-ion polymer)전지 등이 사용될 수 있다. In contrast, the secondary battery has a high energy density compared to the supercapacitor, and has a merit of storing a lot of energy in a small size, but has a low power density, which is disadvantageous for fast charging / discharging. Therefore, the secondary battery can be used as a long-term energy storage device. Secondary batteries that may be used in the present invention include lead acid batteries, nickel cadmium (NiCd) batteries, nickel hydrogen (NiMH) batteries, lithium ion (Li-ion) batteries, or lithium ion polymer (Li-ion polymer) batteries. Can be used.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 획득장치(100)에는 에너지 저장부(120)에 이차전지와는 별도로 수퍼커패시터를 이용한 에너지 버퍼구조로 구성하여 보다 안정적이고 효율적인 에너지 저장성능을 갖는다. Therefore, the energy acquisition apparatus 100 according to an embodiment of the present invention has a more stable and efficient energy storage performance by configuring an energy buffer structure using a supercapacitor separately from the secondary battery in the energy storage unit 120.

본 발명의 일실시예에 따른 에너지 획득장치(100)는 에너지 입출력 매칭부(130)를 더 포함한다. 에너지 입출력 매칭부(130)는 에너지 변환부(110)에서 변환된 에너지의 출력전압 및 에너지 저장부(120)로 입력되는 에너지의 입력전압을 최대한 유사한 값으로 매칭시켜 손실을 줄이고, 에너지 저장의 효율을 높인다. 즉, 에너지를 수집하여 이를 저장하는 경우, 에너지를 수집하고 이를 전기에너지로 변환한 상태와 이를 저장하기 위한 에너지 저장장치 간의 입출력 차이로 인하여 실제 에너지 저장효율이 낮아지기 때문에 별도의 에너지 입출력 매칭부(130)를 사용하는 것이다. The energy obtaining apparatus 100 according to an embodiment of the present invention further includes an energy input / output matching unit 130. The energy input / output matching unit 130 reduces the loss by matching the output voltage of the energy converted by the energy converter 110 and the input voltage of the energy input to the energy storage unit 120 to a similar value as much as possible, and the efficiency of energy storage. Increase That is, when energy is collected and stored, the energy storage efficiency is lowered due to the difference between input and output between the state where energy is collected and converted into electrical energy and the energy storage device for storing the energy, so that the separate energy input / output matching unit 130 ).

이러한 에너지 입출력을 매칭하기 위하여 에너지 입출력 매칭부(130)는 예를 들어, 에너지 변환부(110)가 태양전지인 경우 P&O 알고리즘과 같은 최대 전력점 추적기법(MPPT, Maximum Power Point Tracking)을 사용하여 에너지 입출력을 수행할 수 있다. In order to match the energy input and output, the energy input and output matching unit 130, for example, when the energy conversion unit 110 is a solar cell using a maximum power point tracking technique (MPPT, such as a P & O algorithm) Energy input and output can be performed.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장부의 블럭도이다. 에너지 저장부(120)는 수퍼커패시터를 포함하는 제1에너지 저장부(221) 및 이차전지를 포함하는 제2에너지 저장부(222)를 포함한다. 또한, 에너지 저장부(220)는 제1에너지 저장부(221) 및 제2에너지 저장부(222)를 제어하는 에너지 저장 제어부(223)를 더 포함한다. 2 is a block diagram of an energy storage unit according to an embodiment of the present invention. The energy storage unit 120 includes a first energy storage unit 221 including a supercapacitor and a second energy storage unit 222 including a secondary battery. In addition, the energy storage unit 220 further includes an energy storage control unit 223 for controlling the first energy storage unit 221 and the second energy storage unit 222.

에너지 저장 제어부(223)는 에너지 저장부(220)에 입력되는 에너지가 제1에너지 저장부(221) 및 제2에너지 저장부(222) 중 어느 저장부에 저장될 것인지를 제어하고, 제1에너지 저장부(221) 및 제2에너지 저장부(222) 중 어느 저장부에 저장된 에너지를 출력할 것인지를 제어한다. 이에 대하여는 이하 도 3내지 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. The energy storage control unit 223 controls which of the first energy storage unit 221 and the second energy storage unit 222 is stored in the energy input to the energy storage unit 220, the first energy Control of which of the storage unit 221 and the second energy storage unit 222 to output the energy stored in. This will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5 below.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장부의 에너지 저장 제어부가 에너지 입력을 제어하는 것을 도시한 도면이다. 에너지 저장부(320)에서는 입력되는 에너지에 대하여 여러 파라미터에 대하여 기준치를 설정하고 이와 비교하여 제1에너지 저장부(321) 및 제2에너지 저장부(322) 중 어느 저장부에 입력에너지가 저장될 것인지가 판단된다. 판단은 에너지 저장 제어부(223)가 수행하며, 입력되는 에너지레벨이 소정 기준치보다 낮은 경우에는 제1에너지 저장부(321)에 저장한다. 또한, 에너지 저장 제어부(323)는 입력되는 에너지레벨이 소정 기준치와 같거나 높은 경우 에너지 밀도가 높은 제2에너지 저장부(322)에 저장한다. 3A and 3B are diagrams illustrating that an energy storage controller of an energy storage unit controls energy input according to an embodiment of the present invention. The energy storage unit 320 sets reference values for various parameters with respect to the input energy, and compares the input energy with one of the first energy storage unit 321 and the second energy storage unit 322. It is determined whether or not. The determination is performed by the energy storage control unit 223, and when the input energy level is lower than a predetermined reference value, the energy storage control unit 223 stores the first energy storage unit 321. In addition, the energy storage controller 323 stores the energy storage unit 322 having a high energy density when the input energy level is equal to or higher than a predetermined reference value.

또한, 에너지 저장 제어부(323)는 입력된 에너지의 균일도를 측정한다. 에너지의 균일도는 입력되는 에너지의 편차를 의미한다. 에너지 저장 제어부(323)는 입되는 에너지의 편차가 크면 균일도가 낮은 것으로 판단하고, 에너지 편차가 작으면 균일도가 큰 것으로 판단한다. In addition, the energy storage controller 323 measures the uniformity of the input energy. Uniformity of energy means deviation of input energy. The energy storage control unit 323 determines that the uniformity is low when the deviation of energy input is large, and that the uniformity is large when the energy deviation is small.

따라서, 입력되는 에너지의 편차가 큰 경우에는 균일도가 낮기 때문에 파워밀도가 큰 수퍼커패시터를 포함하는 제1에너지 저장부(321)에 입력에너지를 저장하는 것이 바람직하다. 이와 달리, 입력되는 에너지의 편차가 작은 경우에는 균일도가 높아 파워밀도가 낮은 이차전지를 포함하는 제2에너지 저장부(322)에 입력에너지를 저장할 수 있으므로 저장용량이 큰 제2에너지 저장부(322)에 저장하는 것이 바람직하다. 균일도의 기준치는 에너지 저장 제어부(323)에 기저장되어 에너지 저장 제어부(323)의 판단기준이 될 수 있는데 수퍼커패시터 및 이차전지의 성능, 즉 파워밀도나 에너지 밀도에 따라 설정될 수 있다. Therefore, when the variation of the input energy is large, since the uniformity is low, it is preferable to store the input energy in the first energy storage unit 321 including the supercapacitor having a large power density. On the contrary, when the variation of the input energy is small, the input energy may be stored in the second energy storage unit 322 including the secondary battery having high uniformity and low power density, so that the second energy storage unit 322 having a large storage capacity may be used. ) Is preferable. The reference value of the uniformity may be previously stored in the energy storage controller 323 and may be a criterion of the energy storage controller 323. The reference value may be set according to the performance of the supercapacitor and the secondary battery, that is, the power density or the energy density.

아울러, 에너지 저장 제어부(323) 제1에너지 저장부(321)에 저장된 에너지가 최대치인 경우, 전술한 에너지 균일도 및 에너지 레벨을 고려하지 않고 에너지를 제2에너지 저장부(322)에 저장할 수 있다. 이와 달리, 제2에너지 저장부(322)에 저장된 에너지가 최대치인 경우, 에너지는 제1에너지 저장부(321)에 저장될 수 있다. In addition, when the energy stored in the energy storage controller 323 and the first energy storage unit 321 is the maximum value, the energy may be stored in the second energy storage unit 322 without considering the above-described energy uniformity and energy level. In contrast, when the energy stored in the second energy storage unit 322 is the maximum value, the energy may be stored in the first energy storage unit 321.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장부의 에너지 저장 제어부가 에너지 저장부내의 에너지 전달을 제어하는 것을 도시한 도면이다. 에너지 저장 제어부(323)는 제1에너지 저장부(421)에 저장된 에너지가 최대치인 경우, 이를 제2에너지 저장부(422)로 전달할 수 있다. 즉 에너지 버퍼로 사용되는 제1에너지 저장부(421)에 최대저장용량만큼 에너지가 저장되면, 이를 제2에너지 저장부(422)로 전달하여 제1에너지 저장부(421)를 비우고, 제2에너지 저장부(422)를 충전한다. 이외에도 에너지 저장 제어부(423)는 에너지 저장부(420)로 입력되는 에너지 레벨이나 출력되는 에너지 레벨을 고려하여 제1에너지 저장부(421)에 저장된 에너지를 제2에너지 저장부(422)로 전달할 수 있다. 4 is a diagram illustrating an energy storage controller of an energy storage unit controlling energy transfer in an energy storage unit according to an embodiment of the present invention. When the energy stored in the first energy storage unit 421 is the maximum value, the energy storage control unit 323 may transfer the energy storage unit 422 to the second energy storage unit 422. That is, when energy is stored in the first energy storage unit 421 used as an energy buffer as the maximum storage capacity, the energy is transferred to the second energy storage unit 422 to empty the first energy storage unit 421 and the second energy is stored. The storage unit 422 is charged. In addition, the energy storage controller 423 may transfer the energy stored in the first energy storage unit 421 to the second energy storage unit 422 in consideration of the energy level input to the energy storage unit 420 or the output energy level. have.

도 5는 도 2의 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장부의 에너지 저장 제어부가 에너지 출력을 제어하는 것을 도시한 도면이다. 에너지 저장 제어부(523)는 제2에너지 저장부(522)에 저장된 에너지가 최대치인 경우, 제2에너지 저장부(522)에 저장된 에너지를 출력에너지로 이용하지 않고, 에너지 버퍼인 제1에너지 저장부(521)에 저장된 에너지를 외부로 출력할 수 있다. FIG. 5 is a diagram illustrating an energy storage controller controlling an energy output of an energy storage unit according to an exemplary embodiment of FIG. 2. When the energy stored in the second energy storage unit 522 is the maximum value, the energy storage control unit 523 does not use the energy stored in the second energy storage unit 522 as an output energy, but instead uses the first energy storage unit as an energy buffer. Energy stored in 521 may be output to the outside.

즉, 에너지 저장부(520)로의 입력이 충분하고, 제2에너지 저장부(522)가 ㅊ최대용량을 충전된 경우, 제2에너지 저장부(522)의 특성을 고려하여 제1에너지 저장부(521)의 에너지를 출력하는 것이다. 이는 제2에너지 저장부(522)가 이차전지이므로 충방전 특성을 고려하여 충방전횟수를 줄이기 위하여 에너지 버퍼를 출력에너 지 공급원으로 사용하는 것이다. 이에 따라, 제2에너지 저장부(522)의 수명이 길어지도록 하여 전체 에너지 획득장치의 내구성 및 신뢰성 향상에 도움을 준다. That is, when the input to the energy storage unit 520 is sufficient and the second energy storage unit 522 is filled with the maximum capacity, the first energy storage unit (522) is considered in consideration of the characteristics of the second energy storage unit 522. 521 outputs energy. Since the second energy storage unit 522 is a secondary battery, an energy buffer is used as an output energy source to reduce the number of charge / discharge cycles in consideration of charge / discharge characteristics. Accordingly, the lifespan of the second energy storage unit 522 is extended to help improve durability and reliability of the entire energy acquisition device.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명에 대하여 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The invention is not to be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but should be construed by the appended claims. In addition, it will be apparent to those skilled in the art that various forms of substitution, modification, and alteration are possible within the scope of the present invention without departing from the technical spirit of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 획득장치의 블럭도이다. 1 is a block diagram of an energy obtaining apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장부의 블럭도이다. 2 is a block diagram of an energy storage unit according to an embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장부의 에너지 저장 제어부가 에너지 입력을 제어하는 것을 도시한 도면이다. 3A and 3B are diagrams illustrating that an energy storage controller of an energy storage unit controls energy input according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장부의 에너지 저장 제어부가 에너지 저장부 내의 에너지 전달을 제어하는 것을 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating an energy storage controller of an energy storage unit controlling energy transfer in an energy storage unit according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장부의 에너지 저장 제어부가 에너지 출력을 제어하는 것을 도시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating an energy storage controller controlling an energy output of an energy storage unit according to an exemplary embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 에너지 획득장치 110 에너지 변환부100 Energy Acquisition Device 110 Energy Conversion Unit

120, 220 에너지 저장부 130 에너지 입출력 매칭부120, 220 Energy storage unit 130 Energy input / output matching unit

221 제1에너지 저장부 221 제2에너지 저장부221 First Energy Storage 221 Second Energy Storage

223 에너지 저장 제어부223 energy storage controller

Claims

In the energy acquisition device for ubiquitous sensor network,

An energy conversion unit converting primary energy into electrical energy;

An energy storage comprising a first energy storage unit including a super capacitor, a second energy storage unit including a secondary battery, and an energy storage control unit controlling energy input / output of the first energy storage unit and the second energy storage unit. part; And

And an energy input / output matching unit matching the output of the energy conversion unit and the input of the energy storage unit.

The energy storage control unit,

If the energy input to the energy storage unit is lower than the reference value is stored in the first energy storage unit, if the energy input to the energy storage unit is stored in the second energy storage unit, if the same or higher than the reference value,

And when the energy stored in the second energy storage is the maximum value, outputting energy stored in the first energy storage to the outside.

In the energy acquisition device for ubiquitous sensor network,

An energy conversion unit converting primary energy into electrical energy;

The energy storage control unit,

When the energy input to the energy storage unit has a uniformity lower than the reference uniformity degree, the energy stored in the first energy storage unit, and if the energy input to the energy storage unit has a uniformity higher than or equal to the reference uniformity degree, the second Stored in energy storage,

The method according to claim 1 or 2,

The energy storage unit further includes an energy storage control unit for controlling the first energy storage unit and the second energy storage unit,

The energy storage control unit inputs energy input from the energy input / output matching unit to any one of the first energy storage unit and the second energy storage unit,

Energy obtaining device, characterized in that for outputting energy to the outside from any one of the first energy storage and the second energy storage.

delete

The method according to claim 1 or 2,

The energy storage control unit,

When the energy stored in the first energy storage is the maximum value,

Energy storage device, characterized in that for storing the energy input from the energy input and output matching unit to a second energy storage unit.

The method according to claim 1 or 2,

The energy storage control unit,

When the energy stored in the second energy storage is the maximum value,

Energy storage device, characterized in that for storing the energy input from the energy input and output matching unit in a first energy storage unit.

The method according to claim 1 or 2,

The energy storage control unit,

When the energy stored in the first energy storage is the maximum value,

Energy obtaining device, characterized in that for transferring the energy stored in the first energy storage to the second energy storage.

delete

The method according to claim 1 or 2,

The second energy storage unit,

At least one of a lead acid battery, a nickel cadmium (NiCd) battery, a nickel hydride (NiMH) battery, a lithium ion (Li-ion) battery, and a lithium ion polymer (Li-ion polymer) battery.