KR100404504B1 - 전기에너지 축전용 충전기 - Google Patents

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Abstract

상기 충전기는 개별적인 셀들 또는 그룹을 형성하는 셀들에 대하여 충전 기능이 이루어지는 회로로 구성된다.
개별적인 충전 기능이 이루어지는 회로는 사인파를 가지는 연속 전압을 제공하는 전력원 (5에서 12)에 의해 부가되는 플라이백 컨버터 (CV1)로 구성된다. 각각의 컨버터는 1차 권선이 두개의 제어 가능한 반도체 전력 요소(14) 및 마이크로프로세서 (17) 사이의 전력원에 직렬로 장착되는 변압기 (T1)으로 구성된다. 컨버터(CV1) 진동의 억제 및 활성은 축전지 (1)의 한개 또는 개별적인 셀들의 전압의 함수로서 제어된다.
조립체에 의해 축전지 셀들이 제조시 발생하는 최대 충전 량의 불균형을 보상한다.

Description

전기에너지 축전용 충전기.
본 발명은 전기 자동차에 사용되는 재 충전이 가능한 충전기에 관한 것이다.
현재 전기 자동차를 개발하는데 있어서 특히 개인용으로 개발하는데 있어서 가장 중요한 것은 가능한 최대 거리를 주행하는데 필요한 가능한 최대의 전원 공급 능력을 개발하는데 있다. 사실상 상기의 전원 공급 능력이 차량 운행을 결정지으며 결과적으로 차량의 주행 반경을 결정한다. 전원 공급 장치는 정치식 충전기에 의해 주기적으로 충전이 이루어지는 단 하나의 축전지 또는 하이브리드(hybrid) 차량에 있어서 충전기를 통해 차량 내에 열기관에 연결되는 축전지로 구성되기 때문에, 축전지의 충전/방전 싸이클의 적절한 관리는 전기 구동 차량을 설계하는 설계자들의 주요 관심사이다.
상기 형태의 충전지에 있어서 충전 싸이클을 개선하기 위한 방법이 본 발명의 출원인의 이름으로 유럽 특허 0 573 832에 밝혀져 있다. 상기 문헌에 공지된 충전기에 의해 축전지 셀들의 최대 충전 용량의 불균형은 보상이 이루어진다.
상기 목적을 위해, 축전기 셀들은 구분 상태의 그룹을 이루며 각각의 그룹은 적어도 하나의 셀로 구성되며, 상기 그룹들의 각각은 충전 작용이 이루어지는 회로에 연결되며, 충전 기능이 이루어지는 회로는 공통의 전원 공급원에 의해 부가된다. 충전 과정은 2개의 위상들로 분할되며, 제 1 위상 동안에 충전 기능이 이루어지는 회로들은 일정한 강도의 전류를 수용하는 반면, 제 2 위상 동안 일정한 전업이 상기 회로에 흐른다. 제 1 위상에서 제 2 위상을 통과하는 과정은, 축전지 셀들의 각각을 구성하는 단자들을 흐르는 전압이 기준 전압 이상이 될 때 발생한다.
그래서, 모든 셀들은 최소 충전 용량을 가진 셀 하나 또는 여러 개에 손상을 주지 않고 최대 충전 용량까지 충전 가능해진다.
본 발명은 하기에 기술되는 개선 사항을 가지며, 재 충전이 가능하고, 충전 속도가 증가되며, 뛰어난 제품을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 여러개의 셀들 또는 그룹을 형성하는 직렬 연결 구조의 셀들로 구성되는 전기 에너지 축전용 충전기에 관한 것으로, 상기 충전기는, 여러개의 셀들 또는 그룹을 형성하는 셀들에 대하여, 전력원이 공급되는 충전 기능의 회로로 구성되며, 상기 충전 기능의 회로는 1차 권선이 전력원으로부터 전력을 공급받고, 2차 권선이 정류기를 통해 축전기 셀 또는 그룹을 이루는 셀들에 연결되는 변압기로 구성되며, 상기 충전기는 상기 전력원이 사인파의 단극 정류전압을 제공하기 위한 공급 장치로 구성되며, 상기의 충전기능이 이루어지는 회로는 상기 공급장치에 연결되는 플라이백 컨버터로 구성되며, 상기 충전기가 개별의 축전지 셀 또는 그룹을이루는 셀들의 전압의 측정장치 및 상기 축정장치에 의해 측정되는 전압값의 함수로서 연결상태를 이루는 컨버터의 진동을 억제 및 활성을 제어하기 위한 장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 특성에 의해, 축전기 셀 또는 그룹을 이루는 셀들은 제조시 발생하는 최대 충전치상의 불균형에도 불구하고, 최대 충전치까지 충전가능하다. 더욱이, 방전시 본 발명에 의해 축전지 전하는 모든 셀들 사이에 고르게 분산된다.
첨부된 도면을 참고로, 오직 법례에 의해서만 제공되는 하기의 설명에서 본 발명의 다른 장점 및 특징들이 밝혀진다.
상기 도면에 있어서, 축전지 (1)은 하나 또는 여러개의 그룹 예를 들어 E1-G1, E2-G1, E1-G2, E2-G2 ..... E1-Gn, E2-Gn과 같은 그룹들 중의 G1, G2 ... Gn과 같은 다수의 셀들로 구성된다. 법례로서 그룹당 2개의 셀이 임의로 여기서 선택된다. 그룹당 셀의 수 및 그룹들의 수는 공통의 축전지 사용 기준에 따라 임의로 선택 가능하며, 상기 축전지 사용 기준은 본 발명의 상세한 설명에서 다루지 않는다.
E1-G1, E2-G1, E1-G2, E2-G2 ... E1-Gn, E2-Gn의 셀들은 배터리의 포텐샬 (Ubatt)에 해당하는 양극 단자(2)와 지면의 포텐샬에 해당하는 음극 단자(3) 사이에서 연속적으로 모두 연결된다. 그러나, 전류 강도 측정용 강하 저항기 (4)는 셀 (E2-Gn) 및 접지부 사이에 연결된다.
충전기는 단자들 (6, 7)을 통해 교류 전력원 (도면에 없음)에 연결되는 정류기(5)들로 구성된다. 본 발명을 따르는 실제적인 다수의 응용 예에 따르며, 이 경유에 있어서, 충전기는 전기모터 구동 차량을 구성하고, 교류 공급원은 일반용 전기 공급 장치로 사용 가능하며 이때 차량은 충전을 위해 정지 상태에 놓일 것이다. 만약, 반대로, 차량이 하이브리드 (hybrid) 차량이라면, 상기 차량은 내연 기판에 의해 구동되는 발전기로 구성되고 상기 발전기가 교류 공급원이 된다.
정류기(5)는, 교류 전류 측에서, 단자들(6, 7)에 연결되는 필터 (9)에 부착된 다이오드 브릿지 (8)로 구성된다. 직류 전류 측에서 다이오드 브릿지 (8)는 사인파 형태의 직류 출력 전압을 나타내고, 단자들 (11, 12)을 가로질러 이루어지는 콘덴서 (10)에 병렬을 이루게 구성된다.
정류기 (5)의 출력 단자 (11)는 충전기의 작동 모드를 변화시키는 인버터 스위치 (13)의 고정 극들 (13a)중의 하나에 연결된다. 인버터 스위치( 13)의 역할이 하기에 설명된다. 인버터 스위치 (13)의 이동 가능한 접점 (13c)은 IGBT 형태와 같은 반도체 전력 요소의 주요 전도 통로의 단부들중에 하나에 연결된다. 본 발명을 따르는 선호되는 실시 예에 있어서, 축전기 (1)를 구성하는 셀의 수만큼의 변압기들 (T1 에서 Tn)에서 변압기들의 1차 권선 들에 공통적으로 연결된다. 대체 가능한 실시 예에 있어서, 상기 형태의 반도체 요소들은 각각 1차 권선 들에 각각 직렬 연결 가능하다..
본 발명의 실시 예를 따르며, 변압기들 (T1 에서 Tn)의 1차 권선 들은 또한 사이리스터들 (Th1 에서 Thn)의 양극별로 연결되며, 사이리스터들의 음극 들은 공통적으로 정유기 (5)의 단자 (12)에 연결된다.
변압기들 (T1 에서 Tn)의 2차 권선들은 정류기 다이오드들 (D1 에서 Dn) 및 콘텐서들 (C1 에서 Cn)로 구성되는 직렬 연결부들에 각각 병렬로 연결된다. 상기직렬 연결부들에 있어서, 다이오드 및 콘덴서들 사이의 접점은 축전지 셀의 그룹을 구성하는 양극 (15)에 연결되는 반면에, 변압기의 2차 권선들 및 콘덴서의 연결점은 상기 그룹의 음극 (16)에 연결된다. 예를 들어, 그룹(G2)에 관해서, 다이오드 (D2) 및 콘덴서 (C2)의 연결점은 셀들 (E1-G2, E2-G2)의 양극을 구성하는 단자 (15)에 연결되는 반면에, 변압기 (T2)의 2차 권선과 콘덴서(C2) 사이의 연결점은 셀들 (E1-G2, E2-G2)의 음극을 구성하는 단자 (16)에 연결된다. 다이오드 (D1)및 콘텐서 (C1) 사이의 접합 점에 연결되는 단자 (15)는 동시에 축전지의 양극 출력 단자 (2)에 해당한다. 더욱이, 셀들(Gn)로 구성되는 그룹의 음극을 이루는 단자 916)는 강하 저항기 (4)를 통해 변압기 (Tn)의 2차 권선 및 콘텐서 (Cn) 사이의 연결점에 연결된다.
변압기들 (T1 에서 Tn)중의 하나와 사이리스터들(Th1 에서 Thn)중의 하나와 다이오들 (D1 에서 Dn)중의 하나와 콘덴서들 (C1 에서 Cn)중의 하나로 각각 구성되는 회로들이 반도체 전력 요소 (14) (상기 모든 회로들에 공통으로 구성되는)와 함께, 전문가들에게는, "플라이백 컨버터들"로 알려진, 다수의 컨버터들과 같이 구성된다. 제 1 도 및 제 1도에 있어서 상기 컨버터들은 CV1에서 CVn으로 각각 명명되며, 하기의 설명에서는 "컨버터"로 명명된다.
상기 컨버터들은 공통의 반도체 전력 요소(14)에 의해 제어되는 반면에, 단순한 설계로 구성되고 효과적인 자기적 연결을 확실히 해준다. 공급 측에 관해서, 컨버터들이 병렬로 연결되고, 반도체 전력 요소(14)에 흐르는 전류 크기 변화가 존재할 때, 사이리스터들 (Th1에서 Thn)은 각각의 컨버터들과 회로 개방 상태를 이루고 다른 컨버터들의 전류 크기는 이때 불변 상태를 유지한다. 그래서 컨버터들은 서로에 대해 영향을 주지 않으며, 반도체 요소들의 제어 (전도 구간)는 축전기를 구성하는 컨버터 수에 독립적으로 이루어진다.
게다가, 모든 컨버터들은 서로 전류 및 자기적으로 분리되어 컨버터들은 공급하고자 하는 축전지 셀들의 그룹에 직접 연결 가능하다.
컨버터 (CV1 에서 CVn)들의 각각에 있어서, 다이오드들 (D1 에서 Dn)은 모두 실리콘형 다이오드이다. 그러나 상대적으로 높은 장벽 전압을 가지는 쇼트키 다이오드가 선호된다.
콘덴서 (C1 에서 Cn)는 축전지 셀들내에 흐르는 전류의 최고치를 감소시킨다. 상기 콘덴서들은 낮은 전류 치를 가진다. 임의의 경우, 상기 셀들의 정전 용량 치의 기능으로서, 심지어 콘덴서들이 생략 가능하다.
컨버터들 (CV1 에서 CVn)들은 모두 상기 컨버터에 의해 공급되는 축전지 셀들의 전압을 조정하기 위한 비교 회로 (COMP1 에서 COMPn)로 구성된다. 각각의 비교 회로들은 비교 회로들과 연결되는 축전지 셀들로 부터 전력을 공급받는다. 축전지의 충전 및 방전을 제어하는 본 발명의 실시 예에 있어서, 각각의 비교 회로(COMP1 에서 COMPn)들은 그룹을 이루는 셀들 (G1에서 Gn)의 전압을 두개의 기준 전압에 비교하는 두개의 비교기들로 구성되고 즉 : 충전이 충분히 되었을 때의 제 1의 기준 고전압 Us1과 방전후 그룹을 이루는 다른 셀들에 의해 보상되어야 하는 전하에 해당하는 제 2의 기준 저 전압 Us2. 상기 기준 전압을 이용하는 과정은 하기와 같이 이루어진다.
두개의 기준 전압들은 동일 치로 선택되는 히스테리시스를 가지며, 상기 히스테리시스는 적어도 그룹을 이루는 관련 셀들의 내부저항을 보상한다.
각각의 비교 회로는 또한 축전지의 다른 작동 매개 변수를 조정 가능한데, 예를 들어, 기준 온도에 대한 온도 비교 또는 기준 시간 주기에 대한 특정의 방전 주기 또는 충전 주기의 비교가 가능하다. 강기 형태의 대체 가능한 실시 예는 납을 쓰지 않는 다른 축전지에 있어서 중요하다. 상기 목적을 위해 온도에 따라 변화하는 저항성을 가지는 적절한 저항기를 사용하여, 비교 회로가 반응하고 온도에 따라 변화하는 기준 전압들 (Vs1, Vs2)을 정하는 것이 가능하다.
비교 회로 (COMP1 에서 COMPn)들의 출력은 공급 측에 위치하는 축전지 부분과 전기적 분리가 가능케 하는 옵토커플러 (OC1 에서 OCn)에 각각 연결된다.
축전지 가능 제어는, 적어도 도면에 나타난 실시 예에서와 같이, 프로그램 내장형 마이크로 프로세서 (17) 및 앤드 (AND) 논리 기능을 가지는 몇 개의 구분 회로들로 구성되는 논리회로에 의해 이루어진다. 그러나, 논리회로로 이루어지는 기능들은 마이크로프로세서(17)가 부가 가능하며 축전지의 상기 방법에 의한 구성은 구분 회로에 의해 부분적으로 실시되는 것이 선호된다.
제 1 도 및 제 2 도에 있어서, 마이크로프로세서(17)는 인터페이스들 (18-1 에서 18-5)에 연결되며, 상기 인터페이스들을 통해 다른 축전지 요소들과 연결된다.
인터페이스 (18-1)는 단자들 (6,7)을 가로질러 존재하는 공급 전압을 측정하기 위한 전압 측정 장치(19)에 연결된다. 상기 전압 측정 장치(19)는 각각 컨버터들(CV1 에서 CVn)의 제 1 입력부에 공통적으로 연결된다. 입계 회로 (20)에 의해 충전기는 기정의 공급 전압에서 작동 가능하다.
인터페이스 (18-2)는 컨버터들 (CV1 에서 CVn)의 욥토 커플러들 (OC1 에서 OCn)에 각각 연결되는 몇 개의 입력부들로 구성되는 앤드 (AND) 게이트 (22)의 출력부에 연결된다. 앤드 게이트 (22)는 한편으로 모든 사이리스터들 (Th1 에서 Thn)의 회로 (23), 다른 한편으로 반도체 전력 요소 (14)의 회로 (23)를 제어하는 제어펄스폭에 연결되는 다른 출력부로 구성된다.
인터페이스 (18-3)는 입력부가 강하 저항기(4)에 연결되는 증폭기 (24)의 출력에 연결된다. 상기 증폭기는 축전지에 흐르는 전류(Ibatt)에 대한 데이타를 제공한다. 동일한 신호가 감지기 (25)에 연결된다.
인터페이스 (18-4)는 다른 인터페이스들에 의해 적용되는 신호들 및 여기서 기술되지 않은 다른 제어 기준으로부터 발생되는 제어테이타를 받아들이는 마이크로프로세서(17)에 연결된다. 인터페이스(18-4)는 임의의 신호를 앤드 게이트(26)의 제 1 의 입력부에 전달하며 상기 앤드 게이트는 다른 입력부에서 감지기 (25)에 의해 전달되는 신호를 받아들인다. 앤드 게이트(26)의 출력은 출력이 앤즈 게이트들 (21-1 에서 21n)의 입력에 병렬로 연결되는 옵토 커플러(27)에 연결된다.
인터페이스 (18-5)는 신호 (Ubatt)를 전달하기 위해 축전지의 단자 (2) 및 마이크로프로세서 사이에 연결된다.
앤드 게이트 (21-1 에서 21-n)들은 앤드 게이트의 입력부들 중의 하나를 통해 임계 회로에 연결된다. 상기 앤드 게이트들의 다른 입력부들은 각각 옵토 커플러들 (OC1 에서 OCn)에 연결된다. 상기 출력부들은 각각 다른 입력부들이 앤드 게이트들 (21-1 에서 21-n)의 출력부들에 각각 연결되는 앤드 게이트들 (28-1 에서 28-n)의 입력부에 연결된다. 앤즈 게이트들(28-1 에서 28-n)의 다른 입력부들은 회로(23)의 출력부에서 함께 연결된다. 앤드 게이트들 (28-1 에서 28-n)의 출력들은 각각 사이리스터들 (Th1 에서 Thn)의 제어 전극에 연결된다.
반도체 전력 요소 (14)의 제어 전극은 입력이 또한 회로 (23)의 출력부에 연결되는 증폭기 (29)의 출력에 연결된다.
마지막으로, 축전지의 양극 단자(2)는 인버터 스위치(13)의 고정 접점(13b)에 연결된다.
상기 축전지의 작용은 다음과 같다.
A. 충전 작용
충전 작용에 있어서, 인버터 스위치(13)는 "충전" 위치에 있는데, 이때 인버터 스위치(13)의 이동 접점(13C)는 고정 접점(13a)에 놓인다.
충전 초기에, 반도체 전력 요소(14) 및 사이리스터들(Th1 에서 Thn)은 다이오드브릿지 (8)에 의해 제공되는 정류된 공급 전압의교차되는 동안 회로 (23)에 의해 제공되는 제어 펄스가 주어지는 동안 전도가 이루어진다. 상기 조건하에서, 상기 전압은 컨버터들 (CV1 에서 CVn)을 구성하는 변압기들 (T1 에서 Tn)의 1차 권선 들에 직접 부가된다.
상기 1차 권선 들에 발생하는 전류들은 인덕턴스를 선형적으로 증가시킨다.반도체 전력 요소 (14)에 통전 작용이 매 교번작용시 일정 상태를 유지하기 때문에, 상기 반도체 전력 요소(14)에 통전작용이 이루어지지 않을 때까지 상기 전류의 크기는 공급 전압에 정비례하며 전류는 또한 사인 곡선을 이룬다. 필터 (9)에 의해 전압 고조파는 단자를 가로질러 전력원 (6,7)으로 전달 불가능해진다. 더욱이, 흡수된 전류 및 전압은 실제로 상기 전력원이 반응 요소에 의해 충전되지 않는 위상에 있게 된다.
반도체 전력 요소(14)의 전도 주기 동안, 변압기 (T1 에서 Tn)의 1차 권선을 거쳐 흐르는 전압은 변압기 (T1 에서 Tn)의 2차 권선을 전달된다. 그러나, 각각의 1차 권선 및 2차 권선의 상반되는 권선 방향에 의해, 또 각각의 정류기 (D1 에서 Dn)에 의해, 2차 권선에는 전류가 흐를 수 없고 결과적으로 축전지에도 전류가 흐를 수 없다. 회로 (23)에서 공급되는 제어 펄스의 마지막에, 반도제 전력 요소가 방해 받을 때, 1차 권선에 흐르는 전류는 갑작스럽게 방해받으며, 2차 권선에 전도된 전압을 유도한다. 각각의 다이오드 (D1 에서 Dn)에 통전이 이루어 질 때까지, 상기 전압은 증가된다. 이 순간부터, 변압기들 (T1 에서 Tn)의 자기회로 내에 축전되는 전력은 그룹을 형성하는 축전지 셀들(G1 에서 Gn)에 분산되고, 2차 권선들내의 전류는 전류값이 영이 될 때까지 선형적으로 감소한다. 짧은 정지 주기후에, 공급 전압의 다음의 교번주기동안 상기 과정은 반복 가능하다.
축전지 전압 (단자들 (15,16))이 최초의 기준 전압(Us1)에 도달하면, 축전지 셀들 (G1 에서 Gn)은 상기 과정이 종료된다. 이 순간, 축전지의 전압 비교 장치(COMP1 에서 COMPn)는 관련 옵토커플러 (CO1 에서 COn)를 통해 관련 앤드게이트 (21-1 에서 21n)에 부가되는 신호를 제공한다. 옵토커플러의 신호는 연결되는 앤드게이트 (28-1 에서 28n)에 전달된다. 앤드게이트 (28-1 에서 28n)으로 부터 전달된 신호는 컨버터들 (CV1 에서 CVn)의 사이리스터 (Th1 에서 Thn)를 비통전 상태로 만들고 결과적으로 축전지 셀들의 충전은 일시적으로 정지된다.
축전지 셀들이 최초 기준 전압 Us1에 해당하는 전압에 도달하여, 모든 컨버터들이 회로 개방 상태를 이를 때, 마이크로프로세서 (17)는 회로 (23)를 조정하여 충전 전류는 저 강도로 고정된다. 상기 과정은 상기 회로(23)에 의해 제공되는 제어 펄수 지속 시간의 감소를 통해 이루어진다.
충전 작용이 일시 정지될 때, 공지의 히스테리 현상에 의해 축전지 셀들의 전압이 강하된다. 그룹을 이루는 축전지 셀들을 통과한 전압이 각각의 전압 비교 장치들(COMP1 에서 COMPn)의 고정치 이하로 감소되는 순간에 관련 컨버터들 (CV1에서 CVn)이 작동되는데, 사이리스터들 (Th1 에서 Thn)은 다음에 통전이 이루어지기 때문이다. 컨버터에 의해 제공되는 축전지 셀들은 저 강도의 충전전류에 의해 충전이 완료된다. 저전압강하는 축전지 셀들의 내부저항의 단자들을 통해 이루어지며 다시 최종 충전 전압 (Us1)에 도달할 때, 상기 축 전지 셀들의 충전이 증가된다.
모든 축전지 셀들의 전압이 기준 전압 (Us1)에 도달할 때, 상기 과정은 더 낮은 저 강도의 충전전류로 여러번 반복 가능하다. 각각의 반복 과정에 의해 전체 축전지 충전 작용은 최대 용량에 이를 때까지 증가하고, 최대 충전 용량을 가지는 축전지 셀들은 또한 완전한 충전 단계를 가진다.
본 발명을 따르는 과정에 의하면 필연적으로 존재하는 제조공차에 의해 축전지 셀들이 가지는 충전 용량의 불균형이 보상 가능해진다. 전체 충전 지속 시간은 최대 충전 용량을 가지는 축전지 셀들의 충전 지속 시간에 해당된다.
B. 방전 작용
본 발명의 특징에 따르면, 충전 작용과 관련해 앞서 설명한 과정과 동일한 과정에 의해, 축전지에 의해 축전지 셀들의 단계의 보상이 셀들 서로간에 가능해진다.
상기 목적에 대하여, 방전이 이루어지는 동안, 인버터 스위치 (13)는 이동 접점 (13b)이 고정 접점 (13a)에 부가되도록 구성된다. 상기 조건하에서, 단자 (2)는 반도체 전력 요소 (14)에 전원을 공급하여, 축전지 자체가 컨버터들 (CV1 에서 CVn)을 구성 가능하게 된다.
충전 레벨 보상은, 제조 후에 최저 충전 용량을 가지는 축전지 셀들을 완화시키고, 충전 용량을 증가시키는데 목적을 둔다. 상기 목적에 대해, 어떤 면에서, 본 발명은 최저 충전 용량을 가지는 축전지 셀에 대하여 최대 충전 용량을 가지는 축전지 셀들로 구성되게 되어있다.
방전 작용이 이루어 질 때, 각각의 전압 비교 장치들(COMP1 에서 COMPn)은 고정 값으로 되어 있는 기준 전압 (Us2)에 축전지 셀의 전압을 비교하며, 상기 고정값은 축전지 셀들이 다른 축전지 셀들의 충전 작용에 의해 보상돼야 하는 값을 가진다.
방전 작용이 이루어질 때, 사이리스터들 (Th1 에서 Thn)에 통전이 이루어지므로, 축전지 셀들의 전압은 기준 전압 (Us2)이하로 감소하며 축전지 셀들과 연결되는 컨버터 (CV1 에서 CVn)에 작용이 이루어진다. 컨버터가 작동되어 축전지 셀들의 부족한 충전 량을 보상하는 순간에 최대 충전 용량을 가지는 축전지 셀들의 경우를 제외하고 기능 방해가 해제된 컨버터는 충전이 이루어지는 동안의 기능과 동일하게 작동한다.
상기의 능동적인 컨버터의 변압기의 자력 에너지는 전체 축전지 셀들로부터 얻어진다. 그러나, 소용 량의 충전 용량을 가지는 축전지 셀의 수가 대용량의 충전 용량을 가지는 축전지 셀의 수보다 적을 때, 전력은 회로(23)의 탈자화 위상에 존재하는 동안, 진동 방해가 해제된 컨버터들에 연결된 축전지 셀들에 연결된다.
모든 충전 레벨 사이에 평형 상태가 이루어지는 순간, 모든 컨버터들은 기능 방해가 이루어지고 모든 축전지 셀들은 다음에 축전지에 연결되는 전력 소모 장치에 전력을 공급한다.
방전이 이루어지는 동안, 상기 전류 보상 과정은 여러 번 반복되며 상기 작용은 잇점을 가진다. 우선, 동시에 상대적으로 최대 충전 용량을 가지는 축전기 셀들 처럼, 상대적으로 최저 충전 용량을 가지는 축전지 셀들은 더욱 느리게 방전이 이루어지고, 축전기 기능상 최저의 허용 가능한 충전 용량에 도달하기 때문에 전체 축전기의 최대 충전 용량은 더 높아진다. 다음에 축전기는 모든 셀들에 대하여 좀더 정기적으로 좀더 평활 하게 방전된다. 더욱이, 축전기는 완전히 방전되어서는 안되고, 어떤 잔류 충전량 (가능한 최대 충전 량의 20%에서 40%)을 유지해야 하므로 상기 최소 허용 레벨을 매우 정확하게 조정하는 것이 중요하다. 전기 자동차에서와 같이 매우 잦은 충전/방전이 일어나는 싸이클을 가지는 경우에 있어서 상기요구 조건은 중요하다. 본 발명에 의하면, 또 특히 모든 축전지 셀들 사이에 방전은 일정한 균형 상태로 이루어져야 한다는 사실에 의해, 상기 조정 과정은 축전지 단자를 흐르는 전압(Ubatt)을 점검하는 것으로 이루어 질 수 있으며, 상기 전압은 따라서 모든 축전지 셀들의 충전 정도를 나타내는 매개변수가 된다.
전압배교장치 (COMP1 에서 COMPn)에 고정된 하한 기준 전압 (Us2)은 충전기에 조정하려고 하는 최소 충전 레벨을 용이하게 제어하는데 사용 가능하다.
본 발명에 의하면 축전지 셀들의 상태는 조정 가능하다. 상기 조정 기능을 위해, 마이크로프로세서 (17)는 방전이 이루어지는 동안, 관련 컨버터에 축전지 셀들이 연결되는 횟수를 계수 하도록 프로그램 되어 있다. 다른 축전지 셀들에 관련한 연결되는 횟수와 관련하여 상기 횟수가 높을 수록, 축전지 셀들의 품질은 더욱 악화된다.
오직 범례에 의해서, 본 발명을 따르도록 설계되는 축전지는 다음과 같은 부품들로 구성된다:
정류기 (8) 제네랄 인스트루먼트 GBU8G
변압기 (T1 에서 Tn) 지멘스, 코아 ETD-49M, N27,
최대 인덕숀 240mT
반도체 전력 요소 (14) 미쯔비시 IGBT, 1200V, 8A
사이리스터 (Th1 에서 텍사스 인스트루먼트 800V, 4A Thn)
다이오드 (D1 에서 Dn) 쇼트키 다이오드 30V, 10A
최대 역전 전압 35V
옵토커플러 (CO1 에서 OCn) 지멘스 ilct6, 듀얼
전압비교장치 (COMP1 LM339N, QUAD 에서 COMPn)
마이크로프로세서 171671 RISC 마이크로칩 1651
제 1도 및 제 2도는 본 발명을 따르고 병렬 구조를 이루며 재 충전이 가능한 축전지 충전기의 일반 선도이다.
부호 설명
1 : 축전지 ▶ G1, G2, G3, Gn, Gn-1 : 축전지 셀
2,3 : 단자 ▶ T1, T2, T3, Tn, Tn-1 : 변압기
4 : 강하 저항기 ▶ E1-G1, E2-G1, E1-G2,
5 : 정류기 E2-G2, E1-Gn, E2-Gn,
6, 7 : 전력원 E1-Gn-1, E2-Gn-2 : 축전지 셀
8 : 다이오드 브릿지 ▶ D1, C1, D2, C2, D3, C3
9 : 필터 Dn, Cn : 정류기
10 : 콘덴서 ▶ COMP1, COMP2, COMP3
COMPn, COMPn-1 : 전압비교장치
13 : 인버터 스위치 ▶ CV1, CV2, CV3, CVn-1
14 : 반도체 전력 요소 CVn : 컨버터
17 : 마이크로프로세서 ▶ 21-1, 21-2, 21-3, 21n-1,
19 : 전압 측정 장치 21n, 28-1, 28-2, 28-3,
20 : 임계 회로 28n-1, 28n : 앤드게이트
23 : 충전 기능이 이루어지는 회로
24, 29 : 증폭기 ▶ Th1, Th2, Th3, Thn-1,
25 : 감지기 Thn : 사이리스터
27 : 옵토 커플러 ▶ 19-1, 18-2, 18-3, 18-4
18-5 : 인터페이스

Claims (5)

  1. 전기 에너지 축전용 충전기는, 직렬 연결을 이루는 개별적인 셀들 (G1에서 Gn; E1-G1, E1-G2, E2-G2, ...... E1-Gn-1, E2-Gn-1, E1-Gn, E2-Gn)에 대하여 전력 공급원 (5, 6, 7)이 공급되는 충전 기능의 회로로 구성되며, 상기 충전 기능의 회로는 1차 권선이 전력원(5, 6, 7)으로 부터 전력을 공급받고, 2차 권선이 정류기(D1, C1, D2, C2, C2, ......Dn-1, Cn-1, Dn, Cn)를 통해 축전지 셀 또는 그룹을 이루는 셀들 (G1에서 Gn; E1-G1, E2-G1, E1-G2, E2-G2, ...... E1-Gn-1, E2-Gn-1, E1-Gn, E2-Gn)에 연결되는 변압기들 (T1 에서 Tn)로 구성되는 전기에너지 축전용 충전기에 있어서, 상기 전력원 (5, 6, 7)은 사인파 위상 또는 사인파 형태의 단극 정류 전압을 제공하기 위한 공급 장치 (8, 9, 10)로 구성되고, 상기 충전 기능이 이루어지는 회로는 상기 공급 장치 (8, 9, 10)에 연결되는 플라이백 컨버터 (CV1 에서 CVn)로 구성되며, 상기 충전기가 개별의 축전지 셀 또는 그룹을 이루는 셀들의 전압을 측정하는 장치 (COMP1 에서 COMPn) 및 상기 측정 장치(COMP1 에서 COMPn)에 의해 측정되는 전압 값의 함수로서 연결 상태를 이루는 컨버터의 진동을 억제 및 활성을 제어하기 위한 장치 (14, 17, 21-1 에서 21n, 23, 28-1 에서 28n, Th1 에서 Thn)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기에너지 축전용 충전기.
  2. 제 1 항에 있어서, 각각의 컨버터들 (CV1 에서 CVn)은 변압기들 (T1 에서 Tn)과 상기 변압기들 (T1 에서 Tn)의 1차 권선에 의해 직렬로 상기 공급 장치 (8,9, 10)에 연결되는 적어도 하나의 반도체 전력 요소(14) 및 사이리스터들 (Th1 에서 Thn)과 상기 정류기들 (D1 에서 Dn, C1 에서 Cn)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기에너지 축전용 충전기.
  3. 제 2 항에 있어서, 각각의 변압기들 (T1 에서 Tn)의 상기 1차 권선은, 상기의 반도체 전력 요소(14)와 사이리스터들 (Th1 에서 Thn)사이에서 직렬로, 상기 공급장치 (8, 9, 10)에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기에너지 축전용 충전기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기의 반도체 전력 요소 (14)가 모든 컨버터들 (CV1 에서 CVn)에 공유되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 축전용 충전기.
  5. 제 1 항에서 제 4 항중의 한 항에 있어서, 반도체 전력 요소(14)가 또한 축전기 충전시 상기 공급 장치 (8, 9, 10)에 또한 축전기 방전시 상기 공급장치 (8, 9, 10)의 단자들 중의 하나에 상기 컨버터들 (CV1 에서 CVn)이 연결하능하도록 인버터 스위치 (13)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기에너지 축전용 충전기.
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