에너지 저장 시스템은 에너지 효율성을 향상시키는 데 핵심적입니다.

에너지 저장 시스템(ESS)은 에너지 응용 효율성을 높이는 데 필수적인 요소가 되었습니다. 태양광 시스템에서 생성된 에너지를 저장함으로써, 주택과 사업장은 태양광 시스템의 효율이 낮은 밤이나 흐린 날에도 저장된 에너지를 사용할 수 있으며, 심지어 저장된 에너지를 그리드로 다시 공급할 수도 있습니다. 이 글에서는 ESS의 아키텍처와 어플리케이션, 그리고 Murata가 제공하는 솔루션의 특징을 소개하겠습니다.

에너지 저장 시스템(ESS)은 전기 에너지를 저장을 위해 다른 형태로 변환하고 필요할 때 다시 전기 에너지로 변환하도록 설계된 시스템입니다. ESS는 태양광 및 풍력과 같은 재생 가능 에너지 시스템과 함께 작동하여 초과 에너지를 저장하고 악천후나 전력 수요가 높은 시간대에 안정적인 전력을 제공합니다.

ESS는 또한 마이크로그리드에서 에너지 공급과 수요를 균형 있게 조절하여 시스템의 안정성과 신뢰성을 향상시키는 데 활용됩니다. 이는 비상 상황에서 연속 작동을 보장하는 백업 전원 공급원의 역할을 합니다. ESS는 에너지 소비가 적은 시기에 충전하고, 에너지 수요가 높은 시기에 방전함으로써 에너지 소비를 효과적으로 전환하고 전력 피크 비용을 줄일 수 있습니다. 또한, ESS는 전기차에서도 사용될 수 있으며, 효율적인 에너지 저장을 통해 주행 거리를 연장하고 차량 성능을 향상시키는 데 기여합니다.

에너지 저장 시스템(ESS)의 아키텍처와 응용은 다양한 요구 사항과 환경에 따라 조정될 수 있습니다. 일반적으로 ESS 아키텍처는 에너지 저장 구성 요소, 전력 변환기, 제어 시스템, 시스템 냉각 및 보호로 구성됩니다.

에너지 저장 구성 요소는 배터리와 슈퍼커패시터로 구성될 수 있습니다. 일반적으로 ESS의 핵심은 배터리이며, 일반적인 유형으로는 리튬 이온 배터리, 코발트 리튬 배터리, 니켈 리튬 배터리 등이 포함됩니다. 이러한 배터리는 전기를 저장하여 나중에 사용할 수 있도록 합니다. 또한, 슈퍼커패시터는 순간적인 상황에서 높은 전력 수요를 처리하며, 빠른 에너지 방전을 달성하는 데에도 사용할 수 있습니다.

전력 변환기 부분은 인버터와 컨버터로 구성되어 있습니다. 인버터는 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하여 가정, 산업 또는 전력망에서 사용됩니다. 반면, 컨버터는 전기를 기계적 에너지 또는 열 에너지와 같은 다른 형태로 변환하는 데 사용됩니다.

제어 시스템은 ESS의 두뇌 역할을 하며, 시스템 내의 지능형 컨트롤러는 배터리 상태, 부하 요구 사항 및 전력망 상태를 모니터링할 수 있습니다. 이 컨트롤러는 배터리의 충전 및 방전 과정을 조절하여 최적의 성능과 수명을 보장합니다. 반면, 에너지 관리 시스템(EMS)을 통합하여 저장 시스템의 운영을 최적화하고 다양한 에너지 자원을 조정하며 전체 시스템 효율성을 극대화할 수 있습니다.

ESS의 안전한 작동을 보장하기 위해 배터리와 전자 부품의 적정 온도를 유지하는 냉각 시스템이 필수적이며, 효율성을 높이고 수명을 연장합니다. 안전 보호 기능에는 과전압 보호, 과전류 보호, 온도 보호 등이 포함되어 에너지 저장 시스템의 안전한 작동을 보장합니다.

써미스터는 온도에 따라 저항이 변하는 반도체 장치입니다. 주로 온도 감지 및 온도 제어 분야에서 사용되며 ESS 제어 시스템의 온도 감지에서 중요한 역할을 합니다. 저항이 온도와 함께 어떻게 변하는지에 따라, 써미스터는 양의 온도 계수 써미스터(PTC 써미스터)와 음의 온도 계수 써미스터(NTC 써미스터)의 두 가지 주요 범주로 나뉩니다.

PTC 서미스터는 온도가 상승하면 저항이 증가하는 특성을 가지고 있습니다. 주로 과전류 보호, 온도 스위치, 그리고 히팅 장치의 자기 복구 보호에 사용됩니다. 전자 장치에서 전류가 정격 값을 초과할 경우, 회로 내 보호 대상과 직렬로 연결된 PTC의 저항 값이 자체 열에 의해 상승하며, 이로 인해 초과 전류를 억제할 수 있습니다. 또한, PTC 서미스터는 온도 스위치로도 작동할 수 있으며, PTC 저항 값이 증가하면 시스템 온도가 사전에 정해진 값을 초과할 때 이에 대응하는 스위치 동작을 트리거할 수 있습니다.

한편, NTC 서미스터는 온도가 상승함에 따라 저항이 감소하는 특성을 보입니다. 이 특징은 전자 장치 또는 장비의 온도를 모니터링하여 정상 작동을 보장하는 데 사용될 수 있습니다. 일부 응용 분야에서는 NTC 서미스터가 장치의 온도 변화를 보상하여 안정적인 성능을 유지하는 데 사용됩니다.

NTC 서미스터는 일상 생활에서 흔히 볼 수 있으며, 온도계를 비롯하여 에어컨, 스마트폰 온도 조절기, 전기 주전자, 다리미, 전력 장치의 전류 조절기 등에서 온도 센서 역할을 합니다. 차량의 전기화가 늘어남에 따라 NTC 서미스터는 자동차 제품에도 점점 더 많이 사용되고 있습니다: 예를 들어, 탑재된 배터리 팩, LiDAR 등입니다. 또한, 서미스터는 전기차 고속 충전 인프라, 태양광 인버터, 에너지 저장 인버터 및 배터리 팩 등 다양한 산업 및 에너지 프로젝트에서 폭넓게 사용될 수 있습니다.

Murata는 ESS 애플리케이션의 요구를 충족하기 위해 다양한 유형의 서미스터를 제공합니다. Murata의 서미스터 제품은 NTC 서미스터와 PTC 서미스터의 두 가지 주요 시리즈로 나눌 수 있습니다. NTC 서미스터 시리즈에는 NCU 고신뢰성 애플리케이션 타입, NCP 소비자 등급(민간) 애플리케이션 타입, NCG 도전성 접착제 장착 타입 등이 포함됩니다. PTC 서미스터 시리즈에는 PRF 과열 보호 타입과 PRG 과전류 보호 타입이 포함됩니다. 그중 NCU 시리즈는 자동차 및 에너지 프로젝트에서 가장 널리 사용됩니다.

Murata의 NCU 시리즈는 SMD 타입의 NTC 서미스터입니다. 특수한 구조, 즉 외부 구리 전극으로 인해 높은 신뢰성을 제공하며, 까다로운 환경에서도 온도 감지가 필요한 다양한 시나리오에 유연하게 적용될 수 있습니다. 이는 Murata 서미스터의 주요 구성원으로, 주로 온도 감지(높은 신뢰성)에 사용되며, 높은 신뢰성이 요구되는 자동차 시장에서 특히 적합해 넓은 온도 범위에서 온도 감지 및 온도 보상을 달성할 수 있습니다.

Murata는 또한 새로운 에너지, 모션 컨트롤, 이동성 및 헬스케어 솔루션에 주로 사용되는 IGBT, SiC, MOS, GaN 및 기타 제품 라인을 포함하여 게이트 드라이브 회로에 맞게 특별히 설계된 게이트 드라이브 DC-DC 컨버터 시리즈를 제공합니다. 이러한 제품은 3pF의 초저 절연 커패시턴스, IGBT/SiC 및 MOS 게이트 드라이브에 최적화된 양극 출력 전압, 최대 3KV의 DC 링크 전압 내성, 부분 방전에 대한 신뢰성, 1.6kV에서 80kV/µS 이상의 dv/dt 내성 및 기타 특성을 특징으로 합니다.

Murata는 차세대 GaN 전력 반도체의 높은 주파수에 대응하기 위해 특별히 설계된 절연형 DC-DC 변환기를 상용화하여 다양한 애플리케이션에서 요구되는 빠른 전력 변환에 기여하고 있습니다. Murata의 MGN1 시리즈 1W 출력 DC-DC 변환기는 GaN 디바이스 게이트 드라이버에 필요한 전압을 제공하도록 설계되었습니다.

MGN1 시리즈 기기는 낮은 프로파일, 작은 크기, 표면 실장 기술을 제공하며, 공간 제한 시스템에 쉽게 통합될 수 있는 얇은 솔루션을 제공합니다. 또한 경량 설계의 장점을 가지고 있어 더 많은 배치 기회를 제공합니다. 제공되는 출력 전압은 +8V, +12V, 그리고 +6/-3V를 포함합니다.

MGN1 시리즈 DC-DC 컨버터의 주요 특징 중 하나는 2.5pF(일반값)에 달하는 초저용량 절연 커패시턴스입니다. 이는 절연 게이트에서의 과도 결합을 최소화하여 신호 왜곡을 방지하고 시스템 EMI 문제를 완화합니다. 이 장치는 >200kV/μs 공통 모드 과도 내성(CMTI)을 자랑하며, 고속 전환 GaN 기반 시스템에 적합하여 게이트 드라이버 신호의 무결성을 보장합니다. 부분 방전에 대한 우수한 내성으로, 이들 컨버터는 고전압 조건에서도 신뢰성 있게 작동할 수 있습니다.

Murata MGN1 시리즈 DC-DC 컨버터는 1.1kV의 연속 절연 장벽 내전압을 지원합니다. 이 컨버터는 6.5mm의 크리프 거리 및 간극 데이터를 가지고 있으며, -40°C에서 +105°C까지의 작동 온도로 까다로운 환경에서도 설치가 가능합니다. 또한, 역극성 및 단락 보호 메커니즘을 통합하고 있습니다.

이 새로운 DC-DC 변환기는 전기차 고속 충전 인프라, 배터리 저장 변환기, 스마트 그리드 구현, 태양광 인버터, 고체 상태 회로 차단기, ICT 및 데이터 센터, 풍력 터빈, 모터 드라이브를 포함한 다양한 GaN 기반 애플리케이션에서 활용할 수 있습니다.

에너지 저장 시스템과 새로운 에너지 응용 프로그램의 통합은 에너지 사용 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 이러한 응용 프로그램에서 에너지 저장 시스템을 효과적으로 관리, 제어 및 안전을 보장하려면 수많은 주요 부품이 필요합니다. 이러한 응용 프로그램 시장은 엄청난 잠재력을 보유하고 있습니다. 무라타는 에너지 저장 시스템의 모니터링 기능과 에너지 변환 효율성을 향상시키는 다양한 서미스터 및 DC-DC 컨버터 라인을 도입했습니다. 이 시장에 진출하려는 제조업체는 무라타의 솔루션을 더 자세히 탐구하고 채택하는 것이 유익할 수 있습니다.