KR20150142673A - 축전지 관리 시스템 - Google Patents

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KR20150142673A
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cell
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Application number
KR1020157025217A
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Inventor
안드레이 블라디미로비치 이바노브
Original Assignee
오브체스트보 에스 오그라니첸노이 오트베트스트벤노스트유 “엔솔 테크놀로지”
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Publication date
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Abstract

본 발명은 전기 공학게 관한 것으로 리듐-이온 배터리의 충전기에 이용될 수 있다. 이 시스템은 복수의 배러티 셀의 각각의 제어 블록들과, 공동의 제어 블록을 포함하고, 복수 셀의 각각의 셀은 그 자신의 제어 블록에 의해 제어되는데, 그 자신의 제어 블록은 마이크로-제어기를 포함하고, 이 마이크로 제어기는 셀의 상태에 대한 데이터를 수신하고, 수신된 정보를 공동 제어 블록으로 전송하고, (공동 제어 블록으로붜 제어 명령을 수신함에 따라) 높은 전류에 의해 셀의 전압을 밸런싱할 수 있고, 밸런싱 모드는 배터리 동작의 어떤 모드에서도(충전, 방전, 휴지) 효율적으로 동작되고, 축전지의 복수의 셀은 DC/AC 변환 밸런싱의 시스템을 통해 직류에 대해 직렬로 결합되고 교류에 대해 병렬로 결합되며, 컨버터는 공동 제어 블록으로부터ㅢ 공동 제어 신호에 의해 동기화된다. 본 발명은 충전 시간을 단축하고 배터리의 방전 시간을 증가시킨다.

Description

축전지 관리 시스템{ACCUMULATOR BATTERY MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 전기 공학에 관한 것으로 구체적으로 리듐-이온 배터리의 충전기(changers)에 이용되는 전기 공학에 관한 것이다.
리듐 축전지가 출현되고, 그들의 사용의 문제점들이 떠오르고 있다. 예를 들면, 높은 용량과 전류를 가진 전기 차량에 이용될 때, 이러한 축전지는 과충전(overcharge)과 과방전(overdischarge)에 대해 매우 민감한 것으로 판명되었고, 이들은 축전지를 고장내는 원인이 된다. 축전지는 또한 부정확한 오퍼레이션(메모리 효과, 배터리 전극 역전, 황산염(sulphation) 등)에 대해서도 매우 민감하지만, 낮은 용량과 비교적 낮은 가격을 고려하면, 이들 문제는 중대한 문제는 아니다. 축전지 관리 시스템(ABMS: Accumulator Battery Management System)은 축전지를 장시간에 거쳐서 최적 상태로 유지하는 태스크(task)를 해결하여, 주기적으로 관리하고 진단하는 등의 전문가가 빈번하게 개입할 필요성이 없다. AMBS는 또한 관리 및 진단(심각한 문제의 경우)과, (장기적 관점에서) 차량의 포지션(position)을 모니터링 하는 등의 새로운 기능의 추가와 모두 연관된 다수의 두번째 태스크를 해결한다.
리듐-이온 기술에 기반한 축전지(AB)의 동작 동안, 양호한 균형 상태(well-balanced condition)로 축전지의 셀을 유지하는 태스크가 발생하는데, 이는 셀들이 조금씩 상이한 특성을 가지고, 이 차이가 시간이 지남에 따라 악화되기 때문인 것으로, 이는 제조 전제로부터 기인한다. 그 상태의 정규적인(regular) 모니터링 없이, 축전지는 보다 빨리 고장날 수 있다.
축전지를 충전할 때, 배터리 셀들의 과충전은 보호될 수 있는데, 하나의 셀이 과충전될 때, 이런 과충전은 충전기(charger)로 하여금 프로세스를 중단시킴으로써 다른 배터리들이 완전히 충전되지 않게 유지할 수 있기 때문이다.
이 태스크는 다음의 기능을 수행하는 배터리 관리 시스템(BMS:Battery Management System)으로 불리는 특정 장치를 사용하여 종래로부터 해결되었다:
·셀들의 과충전의 방지(어떤 셀에서의 전압이 특정 임계값(threshold)보다 낮아지는 순간, BMS는 그 배터리가 충전상태에 다시 놓여지지 않을 때까지 강제적으로 부하를 스위치 오프함);
·셀들의 과충전 방지(어떤 셀에서의 전압이 특정 임계값보다 높아지는 순간, BMS는 충전기를 스위치 오프함);
·셀들의 밸런싱(어떤 셀에서의 전압이, 충전기의 스위치 오프 임계값보다 는 낮은 특정 임계값보다 높아지면, BMS는 특정 에너지-소모 요소(special energy-consuming element)를 통해 셀로부터의 과잉 전하(excessive charge)을 사용하기 시작함).
셀의 밸런싱이 제공될 때, 이는 셀들의 전압 또는 전하가 동일함을 의미한다. 밸런싱을 수행하는 2개의 방법이 존재한다.
·수동적(passive)
·능동적(active)
수동적 밸런싱이 이용될 때, 일부 셀들의 과잉 전하는 레지스터(resistors)를 통해 무익하게(uselessly) 소비되고, 따라서 다른 셀들은 충전을 지속할 수 있다. 이런 시스템은 단순하지만 많은 열을 포함하고, 긴 시간을 필요로하고 충전 프로세스 동안에만 동작한다. 배터리 방전의 경우, 능동적 시스템은 최약의(weakest) 셀들이 방전될 때 전체 배터리를 스위치 아웃할 수 있다. 따라서 전체 배터리의 용량(암페어-시간)은 최약 셀의 용량과 동일하게 된다.
종래 기술로부터, 집적회로 BQ77PL900이 알려져 있는데, 이는 직렬연결된 5-10개의 배터리를 가진 배터리 블록의 보호를 제공한다. 상기 집적회로는 기능적으로 완전한 장치이고, 배터리 팩과의 오퍼레이션을 위해 이용될 수 있다. 셀의 전압을 임계값과 비교하여, 집적회로는, 필요하다면, 셀들 각각에 대한 밸런싱의 모드(mode)를 스위치 온한다. 어떤 배터리의 전압이 설정 임계값을 초과하면, 필드 트랜지스터가 스위치 온되고 부하 레지스터를 병렬로 배터리 셀에 연결하고, 이를 통해 전류는 셀을 바이패스하고 이를 충전한다. 동시에 나머지 셀들은 충전을 지속한다. 전압이 강하되면, 필드 트랜지스터는 닫혀지고 충전은 지속될 수 있다. 따라서 충전의 종료시, 모든 셀에 동일한 전압이 나타난다.
기준(criterion)으로서 전압 편차(deviation)만을 이용하는 밸런싱 알고리즘이 적용되면, 배터리의 내부 저항의 차이로 인해 불완전한 밸런싱이 가능하고, 이경우 전압의 일부분이 강하하면, 전류가 축전지를 통해 흐르고, 결과적으로 충전 중 전압의 확산에 추가적인 에러를 초래한다. 배터리 보호의 집적회로는 무엇이 불균형(imbalance)을 일으켰지는 판단할 수 없다 - 배터리의 상이한 용량 또는 내부 저항의 차이 - . 따라서 그런 수동적 밸런싱에 의하면, 모든 배터리가 100% 충전되는 것을 보장할 수는 없다.
집적 회로 BQ2084는 전압 충전에 기반하는 향상된 버전의 밸런싱을 이용하지만, 내부 저항의 확산(spread)의 효과를 최소화하기 위해, 집적 회로 BQ2084는, 충전 전류의 값이 높지 않을 때, 충전 프로세스의 대략 끝부분에서 밸런싱을 수행한다.
이 기술에서, 전하(Qneed)는 그 완전 충전에 필요한 각각의 배터리에 대해 계산되고, 이 후 모든 배터리들의 Qneed 사이의 차이가 발견된다. 이어서 집적회로는 파워 키를 스위치 온하고, 이는 전하가 동일해질 때 까지 최소 충전된 셀의 레벨로 모든 셀을 방전시킨다.
배터리 내부 저항의 차이는 이 방법에 영향을 주지 않으므로, 이 방법은 축전지의 충전 동안 똔느 방전 동안 어느 시간에서도 적용될 수 있다. 이 기술의 주된 이점은 전술한 수동적 방법에 비교하여 배터리의 밸런싱이 높다라는 점이다.
제어의 능동형 시스템은 두개의 클래스로 등급된다: 캐패시티형 시스템(캐패시터상에 형성됨) 및 인덕션형 시스템(스로틀 상에 형성됨)은 모두는 셀들 사이의 전하의 재분배(re-distribution)에 의해 특징되고, 그러한 재분배는 셀 그룹의 이웃하는 셀들 사이에서만 발생된다. 캐패시티 및 인덕션은 전하를 수용하고 전하를 포기할 수 있다. 이는 밸런싱이 이루어지는 이론이다. 축적 셀(accumulate cell)(C 또는 L)은 축적기(accumulator)에 연결되고 그로부터 에너지를 축적하고, 이어서 이웃하는 축적기에 연결되고, 연결된 축적기가 축적 셀보다 전압이 낮으면 축적된 에너지를 포기한다. 축적기와 축적 셀 사이에서 많은 사이클의 에너지 전달을 거쳐 밸런싱이 얻어진다.
에너지는 축전지(accumulative battery)의 두개의 이웃하는 셀 사이에서 전달된다. 그 에너지 효율에 의해, 이 방법은 높은 전하를 가진 셀로부터 낮은 전하를 가진 셀로 낮은 에너지 손실을 가지고 에너지 전달을 수행하기 때문에, 이 방법은 수동형 밸런싱을 능가한다. 이 방법은 재충전없이 최대 시간의 오퍼레이션을 보장하는 것이 요구되는 경우 바람직하다.
배터리의 능동형 밸런싱의 종래 기술로부터, TI사의 집적 회로 BQ78PL14이 알려져 있고, 이는 에너지 전달에 인덕티브 컨버터를 이용하는 파워펌프(PowerPump) 기술에 의해 제조된다. 파워펌프는 n-채널 p-채널 필드 트랜지스터와 한쌍의 배터리 사이에 위치되는 쓰로틀(throttle)을 이용한다. 필드 트랜지스터와 스로틀은 다운 컨버터/업 컨버터로서 동작한다. 에너지 손실은 이 프로세스 동안 높지 않고, 모든 에너지는 높게 충전된 배터리로부터 낮게 충전된 배터리로 흐른다. 밸런싱의 높은 전류로 인해, 파워펌프 기술은 에너지 소실을 갖는 일반적인 수동형 밸런싱 보다 더 효율적이다. 랩탑의 배터리 팩의 밸런싱의 경우, 밸런싱 전류는 25-50mA이다. 컴포넌트의 값의 선택을 통해서, 내부 키(internal keys)를 갖는 수동형 방법에 비해 12-20배 좋은 효율적인 밸런싱이 얻어질 수 있다. 불균형(imbalance)의 통상적인 값(5% 미만)이 하나 또는 두개의 사이클 내에서 얻어질 수 있다.
종래 기술로부터, 전하 펌핑 집적 회로 ILC7660(MAX1044 또는 러시안 아날로그 KP1168EΠ1)가 알려져 있으며, 이는 인덕티브형이 아닌 캐패시티형 축적기(스위칭가능한 캐패시터 상의 전압 변환)를 이용한다. 이 집적 회로는 주로 네거티브 전압을 그 소스 전압과 동일하게 증가(gainning)하는데 이용된다. 그러나, 출구에서의 네거티브 전압이 어떤 이유로든지 간에 포지티브 소스 전압보다 높다면, 집적 회로는 전하를 "역방향으로(to the reverse direction)" 펌핑을 시작하고, 마이너스측을 줄이고(taking up) 플러스측을 올려(giving up), 즉 이들 두개의 전압들을 동일할 때까지 지속적으로 시도한다. 높은 주파수의 집적 회로는 캐패시터를 상부(upper) 또는 하부(lower) 축적기 중 하나에 연결시킨다. 결과적으로, 캐패시터는 더 충전된 축적기로부터 충전되고 덜 출전된 축적기로 방전하며, 매 시간 전하의 일부분을 전달한다. 시간이 지나면 축적기 상의 전압은 동일하게 된다. 이 시스템은 에너지를 거의 낭비하지 않고, 변환(change-over)의 주파수와 캐패시터에 의존하는, 축적기 상의 전압과 출력 전류에 따라 시스템의 효율은 95~98%에 도달할 수 있다.
그 이외에, 집적 회로의 소비는 많은 축적기의 자체-방전의 레벨 아래에 있는, 수십 마이크로 암페어 정도에만 이르고, 셀 상에서 전압을 동일하게 하는 작업을 수행한다. 펌핑 전류는 30-40mA 정도이지만 효율은 이 프로세스 동안 떨어진다. 소스 전압은 1.5V 내지 10V 사이이고, 이는 집적회로가 종래의 AA 배터리와 리듐 축적기 모두를 밸런싱할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 충전/방전 동안 축전지(AB)를 보호하고 상태를 모니터링하고 밸런싱하도록 의도되고, BMS(배터리 관리 시스템)으로서 알려진 장치의 많고 다양한 클래스와 연관된다. 본 발명은 전기 운송, 무정전(uninterruptible) 파워 서플라이 시스템, 오프-그리드(off-grid) 저장 유닛, 무정전(비상) 파워 서플라이를 위한 리듐-이온 축적기에 기반한 효율적인 에너지 저장 유닛에 이용될 수 있다.
본 발명을 사용한 주요 이점은, 배터리 충전 시간이 단축되고 방전 시간이 증가되는 것이다. 방전 동안에는, 더 적은 용량성의(capacious) 셀이 더 많은 용량성의 셀로부터 에너지를 받고, 충전 동안에는, 더 적은 용량성의 셀이 더 많은 용량성의 셀로 과잉의 전하를 준다. 이 프로세스 동안, 전체 배터리의 용량(capacity)(암페어-시간)은 모든 셀의 평균 용량에 대략 대응하고, 와트-시간에 있어서, 모든 셀의 와트-시간(watt-hours)의 합에 대응한다.
축전지(AB)의 충전 중에, 셀 전압뿐만 아니라 내부 저항이 고려된다. 이는 셀을 충전하는 프로세스의 가속화를 허용하는데, 이는 셀 상의 전체 전압(이는 셀의 내부 전압 더하기, 내부 저항에 충전 전류를 곱한 전압을 더한 것으로 이루어짐)이 임계 전압을 초과함에 따라 충전기의 조속한 스위치-오프가 방지되기 때문이다. 축전지(AB)의 밸런싱에 있어서, 새로운 기술적 해결책이 이용되고, 이는 큰 용량성 셀로부터 더 적은 용량성 셀로의 에너지 재분배를 허용한다. 사용된 해결책은 종래의 BMS의 밸런싱 전류보다 3자리수(three orders of magnigude) 높은 밸런싱 전류에 도달하는 것을 허용한다(수십 수백 밀리암페어에 비해 수십 수백 암페어). 또한 제안된 기술적 해결책은 에너지 소비를 절감하는데, 이는 셀의 과잉 전하가 열적 요소로 소비되지 않고 다른 셀에 재분배되어 높은 효율(90% 이상)을 가진다.
전술한 결과를 얻기 위해, 축전지는 복수의 셀로 이루어진다. 이 축전지는 다음의 구별되는 특징을 가진다. 배터리 셀은 컨버터 밸런싱의 시스템을 통해 직류에 대해 직렬로 결합되고, 교류에 대해 병렬로 결합된다. 각각의 셀에는 DC/AC 컨버터가 반듯이 장착된다. 각각의 셀은 그 소유의 하나의 제어 블록에 의해 제어되는데, 그 소유의 제어 블록은 마이크로-제어기를 포함하고, 마이크로 제어기는, 셀의 상태(condition)에 대한 데이터를 수신하고, 수신된 정보를 공통 제어 블록으로 전송하고, (공동 제어 블록으로부터 제어 명령을 수신함에 따라) 높은 전류에 의해 셀들의 전압을 밸런싱할 수 있다. 밸런싱의 모드는 충전 중, 방전 중, 휴지중(at rest)에 동작될 수 있다.
축전지의 컨버터는 공동 제어 블록으로부터의 공동 신호에 의해 동기화될 수 있고, 또는 셀의 상태에 의존하여, 전술한 제어 시스템으로부터의 신호에 따라 동기화된 DC/AC 및 AC/DC 변환을 수행할 수 있다.
축전지에 대해 이하에 상세히 설명한다.
축전지(accumulator battery)는 직렬로 연결된 셀의 체인(chain) 또는 병렬로 연결된 셀의 그룹(이러한 그룹은 용량이 향상된 싱글 셀로서 더 취급될 수 있음)로 이루어진다. 배터리 전류는 충전 및 방전 동안 모든 셀에 대해 공통적이지만, 셀 용량은 일반적인 경우 변화화되기 때문에(제조 공차 또는 노화(aging)로 인함), 셀은 상이한 시간에서 완전 방전(충전)될 것이다. 모든 셀이 동일한 시간에서 이 포인트에 오기 위해서, 각각의 셀 내의 전류는 그 용량에 의존해야하는 것이 필요하고, 이는 셀이 병렬로 연결될 때에만 가능하다.
제안된 방법은 직렬과 병렬로 동시에 연결하는 것을 가능하게 한다. 컨버터를 통하여, 직류에 의해 모든 셀이 직렬로 연결되고, 교류에 의해 모든 셀이 병렬로 연결된다. 이를 위해서, 각각은 셀에는 개별적인 DC/AC 컨버터가 설치되고, 직류가 컨버터로 들어가고 이를 통해 공동의 밸런싱 버스로 들어간다. 모든 셀로부터 컨버터의 2차 권선은 병렬로 연결된다. 모든 컨버터는 공동의 제어 신호에 의해 동기화된다. 동기화 신호가 있는 동안, 셀은 연통관(communicating vessels)의 이론 상에서 에너지를 서로 교환하는데, 높은 전위를 가진 그런 셀들은 밸런싱 버스로 에너지를 버리고, 나머지 것들이 이로부터 파워를 공급받는다. 프로세스는 셀들의 전체 전위가 동일해지거나 동기화 신호가 중단될 때까지 지속된다.
그 기본 구성에 있어서, 장치는 공동 제어 카드와 개별 셀들의 제어 카드들의 2개 타입의 유닛으로 이루어진다. 후자(개별 셀들의 제어 카드들)의 수량은 배터리 내의 셀들의 수에 의존한다.
공동 제어 카드는 축전지 상에서 수행되는 모든 액션(action)의 일반적인 조정(coordination)의 기능을 수행한다. 이는, 개별적인 셀들의 기능을 모니터링하고(개별적인 셀의 제어 카드로부터 이 정보를 수신함), 어떤 액션이 취해져야하는지를 결정한다. 아래는 무엇을 하는지에 대한 짧은 리스트이다.
·충전 모듈의 인에이블 또는 디스에일블, 충전기와의 통신, 정확한 충전 전류의 선택(충전기에 의해 제공되는 경우);
·배터리 과방전일 경우 부하 셧다운;
·순간적인 과부하 및 쇼트회로로부터 배터리 보호 기능 수행;
·배터리 불균형 검출시, 밸런싱 모드를 턴온하고 개별 셀들의 모든 제어 카드를 관리하고, 그들의 작업을 동기화함;
·필요시, 엔지니어에게 배터리 상태에 대한 모든 정보에 대한 액세스(access)를 제공함 - 액세스는 특정 프로그램을 사용하여 축전지의 관리 시스템에 연결된 컴퓨터를 통해 제공됨 - ;
·비상 상황에서 시각적 및 청각적 알람을 발생.
개별 셀들의 제어 카드는 공동 제어 카드의 명령어를 실행한다. 이는 또한 높은 전류에 의한 배터리 밸런싱을 제공하는 로드-베어링 요소(load-bearing elements)를 포함하고, 이들 요소는 공동 제어 카드에 의해 제어될 수도 있다. 개별 셀들의 제어 카드는 다음의 기능을 수행한다.
·셀 전압의 관리;
·밸런싱 전류의 관리;
·밸런싱 체인을 통해 누출된 셀 전하의 계산(이는 공동 제어 카드가 개별 셀들의 전하 레벨을 계산하기 위해 필요함) ;
·공동 제어 카드의 요청에 따른 측정 및 계산된 데이터의 전송;
·셀 전압이 최대 허용 값을 초과할 때 공동 제어 카드로의 신호 전송;
·공동 제어 카드의 명령에 따른 셀 전압 밸런싱.
본 발명에 따르면 충전 시간을 단축하고 배터리의 방전 시간을 증가시킬 수 있는 배터리 관리 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 각각의 셀에 대한 컨버터 밸런싱 모듈의 블록도 - 각각의 셀의 모듈은 셀 자체와 컨버터 회로로 이루어지고, 컨버터 회로는 변압기(T1)의 와인딩(또는 권선)(L1,L2)을 통해 셀(Cell1)에 연결되는 키 K1과 K2로 이루어지며, 키 K1의 폐쇄에 의해 전류는 와이인딩을 통해 흐르기 시작하고, 권선 L3은 셀 전압에 비례하는 EMF(electromotive force)를 포함함 - ;
도 2는 변압기 밸런싱 시스템이 장착되는 배터리의 블록도를 나타낸 도면.
도 3은 자동-밸런싱 모듈의 전체도(general view)를 나타낸 도면.
키(key) K2의 폐쇄에 의해, 전류는 권선 L2를 통해 흐르고, 권선 L3는 또한 셀 전압에 비례하지만 극성은 반대인 EMF((electromotive force)를 포함한다. 키 K1과 K2는 외부의 동기 신호의 제어 하에 교대로 동작하고, L3는 권선 출력은 셀 전압에 비례하는 교류 전압을 포함한다. 비례 팩터(proportionality factor)는 변압기(T1)의 변환 비율에 의해 설정된다. 시스템이 하나 보다 많은 모듈을 가지고 L3 권선 출력이 밸런싱 버스에 의해 결합된다면(도 2는 변압기 밸런싱 시스템이 장착된 배터리의 블록도를 나타냄), 이 버스는 가장 높은 전위(highest potential)를 가진 셀들의 전압에 비례하는 전압을 가지며, 이들 셀들은 공급체(donors)가 되고 다른 셀들은 수용체(recipients)가 된다. 공급체의 권선 L1, L2는 1차 권선이 되고 권선 L3는 2차 권선이 된다. 반대로, 수용체에서, L3는 1차 권선이고, L1과 L2는 2차 권선이며, 키 K1과 K2는 수용체 셀 파워에 대한 동기화 정류기(synchronous rectifiers)로서 기능하게 된다.
밸런싱 버스를 통해서 모든 셀들이 병렬로 동일하게 연결되고, 에너지는 어떤 셀로부터 다른 셀로, 셀 전위의 차이에 기반한 방향으로 흐를 수 있다.
축전지의 이 관리 시스템은, 종래 공지된 밸런싱 방법과는 다르게, 변압기 자동 밸런싱의 방법에 기반하는데, 다음과 같이 이루어진다. 배터리의 축적 셀들의 각각은, 변압기의 1차 권선과 배터리 제어 모듈로부터 클록된 동기화 정류기를 통해 연결되고, 변압기의 2차 권선은 서로 연결되어 셀 제어 모듈들을 하나의 공동 시스템으로 결합시킨다. 이는 교류를 통해서 배터리의 모든 셀들을 서로에 대해 가상적인 병렬 결합을 허용한다. 결과적으로, 이는 축전지의 어떤 동작 모드에서 있어서도 계속적인 밸런싱(ongoing balancing)을 허용한다. 동작 이론은 변압기의 2차 권선의 출력에서 생성된 가변 전압이 변압기가 연결되는 셀 전압에 의존하여 달라지는 사실에 기반한다. 또한 밸런싱 전류는 2차 권선 전압이 높은 변압기들로부터 흘러 낮은 2차 권선 전압을 가진 변압기로 흐르고, 따라서 축전지 셀의 밸런싱이 수행된다.
제안된 방법의 구별되는 주된 특징은, 이 시스템이 공급체와 수용체 셀이 위치되는 배터리 전위와 무관하게 임의의 셀로부터 임의의 셀로 에너지 펌핑을 허용하는데 있다. 또한 개발 단계에서 대략 20-50A의 밸런싱 전류를 발생하는 시스템의 능력을 강조할 필요가 있다. 밸런싱 전류는 배터리 불균형(imbalance)의 레벨에 기반한다(불균형이 높으면, 밸런싱 전류가 높음). 이는 어떤 배터리 동작 모드에서도 배터리의 예상되는 부하 전류(load current)와 요구되는 밸런싱 속도를 고려하여 이 밸런싱을 이용하는 것을 허용한다.
시스템의 전력 소모는 작게 되고 축전지의 누설 전류에 비교할만하며, 이는 90% 이상의 시스템 효율을 제안한다.
전술한 유형의 BMS에 따르면, 개발 단계에서의 배터리 관리 시스템은 능동형 밸런싱과 전압 밸런싱 알고리즘을 가진 BMS와 관련된다.
밸런싱 버스를 통해서, 배터를 충전하는 것이 가능하고, 이르 위해서, 밸런싱 버스에 요구되는 파워 전압을 공급하는 것으로 충분하고, 이는 키의 작업(work)에서 주파수와 위상과 관련된다. 이는 밸런싱 버스에 다른 셀을 결합하는 것에도 동일하지만, 완전 충전된 셀에 대응하는 무한한 용량(infinite capacity)과 전압을 가진다. 각각의 셀의 전류는 상이하고 그들의 조건(condition)에 의존하며, 모든 셀은 동시에 충전될 것이다.
밸런싱 버스를 통한 배터리 방전의 가능성이 있다. 밸런싱 버스 전압은 배터리 내의 셀들의 수에 의존하지 않기 때문에, 하나의 로딩 장치(loading device)가 상이한 전체 전압을 가진 배터리를 방전하기 위해 이용될 수 있으며, CCC(셀 사이클 컨트롤)에 편리할 수 있다.
변압기와 키의 충분한 파워에 의해, 변압기 밸런싱의 시스템은, 부하 전류가 밸런싱 전류와 비슷하게 되면, 어떤 이유로 인하여 배터리 내에서 누락된(missing) 하나 또는 복수의 셀을 대체할 수 있다.
밸런싱 버스에 의해서만 결합된 두개의 200Ah 셀로 이루어진 실험적인 유니트에서, 셀의 전위차는 0.5V이고, 하나의 셀로부터 다른 셀로의 펌핑 전류는 20-25V였다.
20A의 전류로 하나의 셀을 방전하면, 방전 전류는 부하에 연결되지 않은 두번째 셀에 대해 기록되었다. 전류는 20A까지 증가하고, 첫번째 셀은 방전하고, 셀의 0.5볼트 전위차에 도달하면, 방전 전류가 두번째 셀로부터 오는 충전 전류와 동일하게 됨에 따라 첫번째 셀의 방전이 거의 중단된다.
20A의 안정적인 전류로 하나의 셀을 충전하는 동안, 충전 전류는 충전 장치에 연결되지 않은 두번째 셀에 대해 기록되었다. 펌핑 전류는 셀 전위차의 증가에 의해 증가되어 0.5V에 도달하고, 모든 유입 전류(incoming current)가 밸런싱 버스를 통해 두번째 셀로 펌핑됨에 따라, 첫번째 셀은 충전하는 것이 거의 중단된다.
이상 본 발명의 구현을 위한 특정 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였다. 당업자라면 본 발명의 범위 내에서 다른 형태로 구현할 수 있으며, 따라서 본 발명은 전술한 실시예로 제한되는 것은 아니다.

Claims (8)

  1. 복수의 셀로 이루어진 축전지(accumulator battery)에 있어서,
    배터리 셀은 컨버터 밸런싱의 시스템을 통해 직류에 대해 직렬로 결합되고, 교류에 대해 병렬로 결합된 것을 특징으로 하는 축전지.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 셀에는 DC/AC 컨버터가 장착된 축전지.
  3. 청구항 제1항에 기재된 축전지의 관리 시스템에 있어서,
    축전지 내에 하나의 공동 제어 블록과, 복수의 셀 각각의 제어 블록들을 구비한 것을 특징으로 하는 축전지의 관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    관리 시스템은, 셀의 상태(condition)에 대한 데이터를 수신하고, 수신된 정보를 공통 제어 블록으로 전송하고, (공동 제어 블록으로부터 제어 명령을 수신함에 따라) 높은 전류에 의해 셀들의 전압을 밸런싱할 수 있는 능력을 가진 마이크로-컨트롤러를 포함하는 그 자신의 제어 블록에 의해 제어되는 축전지 관리 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    밸런싱 모드는 충전 중, 방전 중, 휴지중(at rest)에 동작하는 축전지 관리 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    청구항5 에 기재된 시스템에 의해 제어되는 축전지 관리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    컨버터는 공동 제어 블록으로부터의 공동 신호에 의해 동기화 되는 축전지 관리 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    컨버터는, 셀의 상태, 청구항 5에 특정된 시스템의 신호에 따라 동기화된 DC/AC 및 AC/DC 변환을 수행하는 축전지.
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