KR19980070778A

KR19980070778A - 전기 에너지 저장 배터리 시스템을 위한 운영 프로세스 및그 응용을 위한 제어 장치

Info

Publication number: KR19980070778A
Application number: KR1019980002094A
Authority: KR
Inventors: 뻬렐미첼; 모린크리스토퍼
Original assignee: 미셸푸르니에; 알까뗄알스톰꼼빠니제네랄델렉뜨리씨뜨
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 1998-10-26
Also published as: JPH10210674A; FR2758666A1; US6043628A; EP0855780A1; CA2224937A1; FR2758666B1; EP0855780B1; DE69837413D1; DE69837413T2

Abstract

교대로, 충전 가능하게는 급속 충전, 및 방전, 가능하게는, 완전(deep) 방전되는 직렬 접속된 셀들로 이루어진 시스템을 위한 운영 프로세스 및 이에 대응하는 제어 장치가 제공된다. 시스템의 각각의 셀은 셀의 단자에 접속된 전류 바이패스와 관련되어 있고, 셀에 개별적으로 할당된 측정 시스템에 의해 제공되는 표시에 따라 동작하는 제어 시스템에 의해 제어된다. 이 프로세스는, 어느 때라도 개시될 수 있는 균형 유지를 제공하며, 상기 시스템이 전력을 공급하는 응용과 관련하여서는, 상기 시스템의 모든 가능한 다양한 동작 단계 동안의 전 시간에 걸쳐 이용될 수 있도록 프로그램되며, 배터리 충전 단계, 및 충전기에 의한 충전 단계와 상기 응용에 의한 방전 단계 사이의 유휴 단계의 양쪽 단계 모두 및/또는 방전 단계에서 균형 유지가 이루어질 때까지 셀별로 균형 유지를 수행할 수 있다.

Description

전기 에너지 저장 배터리 시스템을 위한 운영 프로세스 및 그 응용을 위한 제어 장치

본 발명은 운영 프로세스 및 각각이 종래 기술의 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치를 포함하는 전기적으로 직렬 접속된 셀들로 이루어진 시스템에 이 프로세스를 적용시키기 위한 제어 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 예를 들어, 전기 자동차의 전원으로 사용될 때와 같이 교대로 깊은 방전과 빠른 충전 단계를 거치는 고용량 시스템을 위한 제어 구조에 관한 것이다.

상기와 같은 종류의 저장 배터리 시스템은 저장될 에너지의 양으로 인해 비교적 많은 수의 셀들을 포함한다. 동일한 배터리 시스템 내의 셀들은 대개 꼭 같지만, 약간 다른 특성을 가져, 결과적으로 약간 다른 성능을 가질 수 있다. 동일한 저장 배터리 시스템의 직렬 접속된 셀들간의 성능 차이는 연속된 충전 및 방전 과정에서 상당히 커질 수 있다. 이것은 배터리 시스템의 동작을 저하시키고, 이 배터리 시스템을 사용하는 응용의 성능도 역시 심각하게 저하시킬 수 있다.

저장 배터리 시스템의 셀들간의 격차가 커지는 것을 제한하는 한 해결책은 충전 단계 중에 저장 배터리 시스템을 구성하는 셀들의 개개의 상태를 고려함으로써 각각의 완전 충전에 도달한 셀들을 불필요하게 과충전시키는 것을 피하는 것이다.

이러한 종류의 해결책이 문서 WO-A-9515023에 기술되어 있으며, 여기서는 팩(pack)이라 알려진 시스템의 각각의 셀에 개개의 감시 및 균형 장치를 제공한다. 여기서, 팩내의 각각의 셀들은 직렬로 접속되어, 측정된 값, 특히, 셀의 단자 전압의 측정값이 최대 설정 값에 도달할 때 셀에 전송될 충전 전류의 최소한 일부가 바이패스되도록 한다. 공통 디지털 라인에 의해 장치에 접속된 컨트롤러는 상기 셀들의 격차를 기록하고 경보를 트리거한다.

그러나, 이와같은 종류의 해결책은 완전히 만족스러운 것은 아니다. 특히, 이런 방법은, 이들 동작들이 시스템적으로 시간에 무관하게(time invariant) 수행될 때, 충전, 특히, 고속 충전 기간 동안에 짧은 균형 시간으로 균형을 유지하는데는 높은 에너지 방출을 포함한다는 측면에 있어서 문제점이 있다.

따라서, 각각이 하나 이상의 전기 에너지 저장 배터리 장치를 포함하며, 개별적으로 자신의 단자에 접속된 전류 바이패스 수단과 결합되어 있고, 특히, 자신의 전압 및/또는 온도를 측정하기 위한 수단에 의해 제공되는 표시에 따라 동작하는 제어 수단에 의해 제어되는 전기적으로 직렬 접속된 복수의 셀로 구성되어 있으며, 교대로, 충전, 가능하게는 급속 충전, 및 방전, 가능하게는 완전(deep) 방전되도록 만들어진 시스템을 위한 운영 프로세스에 있어서, 시스템의 셀별 균형 유지(cell by cell balancing)를 보장하며, 어느 때라도, 특히, 충전 단계의 끝을 감지하기 전에 개시될 수 있는 균형 유지를 제공하고, 상기 시스템의 모든 가능한 다양한 동작 단계 동안의 전 시간에 걸쳐, 상기 시스템이 전력을 공급하는 응용과 관련하여서는, 배터리 충전 단계, 및 충전기에 의한 충전 단계와 상기 응용에 의한 방전 단계 사이의 유휴 단계의 양쪽 단계 모두 및/또는 방전 단계 동안의 전 시간의 걸쳐 이용될 수 있도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 운영 프로세스를 제공한다.

본 발명은, 각각이 하나 이상의 전기 에너지 저장 배터리 장치를 포함하며, 개별적으로 자신의 단자에 접속된 전류 바이패스 수단과 결합되어 있고, 특히, 자신의 전압 및/또는 온도를 측정하기 위한 수단에 의해 제공되는 표시에 따라 동작하는 제어 논리 수단의 감독을 받는 제어 수단에 의해 제어되는 전기적으로 직렬 접속된 복수의 셀로 구성되어 있으며, 교대로, 충전, 가능하게는 급속 충전, 및 방전, 가능하게는 완전 방전되도록 만들어진 시스템을 위한 제어 장치에 있어서, 상기 셀들의 상기 모든 개개의 제어 수단들에 의해 공급되는 측정치의 표시를 수신하여, 대응하는 개개의 제어 수단을 통해 각각의 셀에 할당된 개개의 전류 바이패스 수단으로의 명령을 발생시키거나, 직렬 접속된 셀들로 구성된 상기 시스템의 단자들에 접속된 공통 충전 수단으로의 명령을 발생시키도록 처리하며, 상기 시스템의 다양한 모든 가능한 동작 단계 동안의 전 시간에 걸쳐, 각각의 셀에 할당된 상기 바이패스 회로의 중개자(intermediary)를 통해 각각의 셀에게 개별적인 충전 균형 동작을 수행시키거나, 상기 공통 충전 수단에게 충전 균형 동작을 수행시키는 것을 특징으로 하는 제어 장치를 제공한다.

본 발명의 한 특징에 따라, 개개의 측정 회로에 반복적으로 질문하여 상기 측정 회로가 수행한 측정된 관련된 표시를 얻고 셀들간의 불균형으로 인해 조절 명령이 필요할 때는 상기 측정에 따라 바이패스 수단으로 명령을 전송함으로써 충전 균형을 유지하도록 동작하는 상기 시스템의 셀들을 감독하기 위한 수단을 공통 제어 논리 수단은 포함한다.

본 발명의 한 특징에 따라, 개개의 제어 수단 및/또는 공통 제어 논리 수단에는 시스템의 각각의 셀의 최적의 전기적 상태를 나타내는 최소한 하나의 값을 저장하기 위한 수단이 제공된다. 상기 공통 제어 논리 수단에는, 각각의 특성 최적 전기적 상태 값에 대한 최소한 하나의 특성 전기 상태 임계값을 계산하기 위한 수단, 및 상기 측정 수단에 의해 시스템의 셀들 각각에 대해 제공되는 값을 전기적 상태 임계값 특히, 각각의 셀들에 대해 결정된 최소한 하나의 전기적 상태 임계값과 비교하기 위한 수단이 제공된다.

본 발명의 한 변형의 한 특징에 따르면, 공통 제어 논리 수단은 셀들의 개개의 측정 수단에 의해 제공되는 측정 표시를 이용하여 상기 공통 논리 수단에 의해 결정한 불균형의 출현 이후에 셀 마다의 균형 시간을 판별하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명의 한 변형의 한 특징에 따르면, 공통 제어 논리 수단은 셀의 충전 시간, 및 셀간 용량 차이를 고려하여 선택된 충전 전류에 따라 각각의 셀에 대한 특성 용량값을 계산하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명의 특징 및 장점이 이후의 도면들을 참조하여 설명될 것이다.

도1은 본 발명의 운영 프로세스를 전기 에너지 저장 배터리 시스템에 적용시킨 본 발명에 따른 제어 장치의 한 예의 개략도.

도2는 본 발명에 따른 제어 논리의 배치에 관한 블럭도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2 : 셀

3 : 충전기

4 : 공통 제어 논리

5 : 제어 회로

6 : 전류 바이패스 회로

8 : 전류 제어 장치

9 : 측정 회로

12 : 변환기 장치

13 : 구별기 장치

14 : 메모리 장치

도1에 도시된 배치는 직렬 접속된 셀(2)로 이루어진 시스템(1)에 관련되도록 설계되어 있다. 여기서, 각각의 셀은 하나 이상의 전기 에너지 저장 배터리 장치를 포함하며, 예를 들어, 전기 자동차와 같은 응용에서 높은 저장 용량의 전원을 구성한다. 여기서는, 셀들이 저장 배터리 시스템의 양단자 A 및 B 사이에 직렬로 접속되며, 후자는 응용(0), 전형적으로 장치에 접속되어 응용(0)에 전력을 공급하며, 충전기(3)에 접속되어 전력을 공급받는다.

제어 장치에는 공통 제어 논리(4)가 제공되며, 이 예에서는 공지된 랜덤 액세스 메모리 및/또는 읽기 전용 메모리와 같은 관련된 보조 장치를 갖는 마이크로 프로세서에 기초한다.

제어 논리(4)는, 출력 접속(L1)에 접속되어 시스템(1)의 각각의 서로 다른 셀에 관련되어 있는 각각의 제어 회로(5)에 제어 신호를 보낼 수 있도록 하며, 입력 접속(L2')에 접속되어 측정 표시를 받아들일 수 있도록 하는 최소한 하나의 입력-출력 인터페이스를 포함한다. 이들 표시는, 예를 들어, 셀들 상에 수행된 전압 측정치에 기초하여 시스템(1)의 각각의 셀의 충전 상태의 변화를 나타내는 신호의 형태로 전송된다.

제어 논리(4)는, 예를 들어, 접속(L3)을 통해 충전기(3)과 단방향 또는 양방향 통신을 하여 감독한다. 충전은 일정한 전류에서 수행된다. 일정한 충전 전류값은 필요하다면 충전 전류값을 수정하도록 충전기를 작동시킬 수 있는 제어 논리(4)에 의해 설정된다.

개개의 전류 바이패스 회로(6)는 각각의 셀의 +단자와 -단자에 병렬로 접속되어 이들 단자들이 단락될 수 있도록 한다.

각각의 바이패스 회로(6)은 양호하게는 회로의 외부에 있는 바이패스 저항(6)을 포함하며, 양호하게, 다른 요소들은 개개의 제어 회로의 요소들과 통합된다. 다만, 앞서 말한 바와 같이, 예외적으로, 바이패스 저항은 너무 높은 열발산으로 인해 통합되지 못할 것이다. 저항(7)은 여기서는 트랜지스터로 기호화되어 있는 스위칭 타입의 전류 제어 장치(8)에 의해 스위치 인 또는 스위치 아웃된다.

따라서, 각각의 바이패스 회로(6)은, 필요하다면, 관련된 셀의 각각의 개별적인 방전을 가능하게 한다. 이것은 셀이 특정 충전 상태로 개별적으로 충전될 수 있도록 하여, 셀의 균형을 가능하게 한다.

각각의 바이패스 회로(6)은 동일한 셀에 관련되어 있는 제어 회로(5)를 통해 제어 논리(4)에 의해 제어된다.

제어 장치의 제어 회로(5)는 단선 제어 접속(L1)을 통해 제어 논리(4)에 직렬로 접속된다. 후자는 제어 논리(4)로부터 연속된 펄스 스트림의 형태로 제어 펄스를 전송한다.

펄스 스트림을 사용하는 상기와 같은 제어 조직이 문서 FR-A-2713781과 FR-A-2719128에 기술되어 있다. 이 문서들은 각각 일방 펄스 전송 구조와 잠재적 양방 펄스 전송 구조에 관한 것이다.

도시된 예에서는, 설명을 간단히 하기 위해, 일방 전송 조직이 사용된다. 각각의 제어 회로(5)는, 제어 논리(4)로부터의 제어 접속(L1), 및 가능하게는 이 접속의 입력측 상의 하나 이상의 제어 회로(5)를 통해 전송되어 온 펄스를 수신할 수 있도록 해 주는 입력(E)를 가진다. 상기 2개의 특허에서 지시된 바와 같이, 각각의 제어 회로(5)는 자신에게 전달된 제어 펄스를 포착하여, 만일 있다면 출력(S)를 통한 제어 접속을 통해 이 펄스를 출력측 상의 제어 회로, 즉, 회로(5)로 전송한다.

한 실시예에서, 각각의 제어 회로(5)는 자신이 관련되어 있는 셀과 동일한 셀(2)에 관련되어 있는 바이패스 회로(6)을 제어하며, 각각의 셀에서 수행된 측정치들에 대응하는 표시들이 전송되어 오는 개개의 회로(9)를 제어한다.

제어 회로(5)는, 전송을 위해 수행된 측정치들에 대응하는 각각의 표시 중 적어도 마지막 표시를 유지할 수 있도록, 전송된 측정 신호들을 저장하는 최소한 하나의 장치, 예를 들어, 커패시터 유형의 메모리를 포함한다. 여기서, 전송 회로(9)는 전류 형태로 전송되어온 측정 신호들을 공통 측정 트랜스듀서(common measurement transducer, 10)에 제공하는 전류 발생기로 표시되어 있다. 후자는, 예를 들어, 제어 논리(4)를 위해 신호를 디지털화하고, 가능하게는 선행처리하는 변환기 장치(12)에 관련된 측정 저항(measurement resistor, 11)을 포함한다.

이러한 목적을 위해, 각각의 측정 회로(9)는, 관련된 셀을 위해 얻어진 측정된 전류 신호를 공통 측정 접속(L2)를 통해 공통 측정 트랜스듀서로 전송한다. 공통 측정 접속(L2)에는 각각의 측정 회로가 개개의 출력(M)을 통해 접속되어 있다.

한 실시예에서, 상술한 바와 같이, 측정된 전류 표시는 시스템의 셀들의 단자에서 측정된 전압을 나타내며, 제어 논리(4)가 전압 및/또는 충전 상태에 관한 불균형을 결정할 수 있도록 한다.

측정 회로(9)에 의해 제공되는 측정 신호에 대응하는 각각의 표시는 제어 회로(5)의 제어하에 후자에 의한 선정된 제어 펄스의 수신시에 전송된다. 이 예에서, 후자는 제어 논리(4)에 의해 전송된 펄스 스트림내의 선정된 위치에 있는 펄스이다.

대응하는 제어 회로(5)의 감독하에 측정 회로(9)에 의해 생성된 측정 신호에 대응하는 표시는 접속(L4)로 표시된 수단에 의해 전송된다. 그 방법은 앞서 언급한 본 발명과는 간접적으로 관련이 있는 2개의 프랑스 특허에 기술되어 있다. 이들 측정 표시는 제어 논리(4)가 탐지 및/또는 계산된 불균형에 따라 바이패스 저항(6) 상에 어떠한 동작을 취할 것인지를 결정하게 한다.

셀에 관련되어 있는 각각의 바이패스 저항(6)은, 제어 논리(4)에 의해 해당 셀과 관련되어 있는 제어 회로(5)로 전송된 명령에 의해 제어된다.

이 실시예에서, 명령들은, 제어 논리(4)가 제어 접속(L1)을 통해 특정의 속도로 전송하는 각각의 스트림 내의 동일한 선정된 펄스 위치에 있는 펄스에 의해 전송된다. 바이패스 회로(6)의 온 및 오프 상태는 이 바이패스 회로에 관련된 제어 회로가 수신하는 선정된 위치의 펄스의 지속 기간만큼 고정된다. 바이패스 회로(6)에 대한 제어 펄스는 스트림당 하나의 펄스 및 회로당 하나의 펄스의 속도로 전송된다.

구별기 장치(discriminator device, 13)은 관련된 바이패스 회로(6)에 대한 제어 회로에 의해 수신된 펄스 지속 기간이 바이패스 회로를 온 또는 오프로 스위칭시키는 명령에 대응하는지를 판별한다. 양호한 실시예에서, 고정된 값보다 큰 제1 지속 기간의 펄스의 수신은 바이패스 회로를 스위치 온시키는 명령에 대응하고, 상기 고정된 값보다 작은 제2 지속 기간의 펄스의 수신은 바이패스 회로를 스위치 오프시키는 명령에 대응한다.

바이패스 회로(6)에 관한 펄스를 수신하는 구별기 장치(13)은, 예를 들어, 2개의 서로 다른 펄스 지속 기간을 고려하며, 인식된 지속 기간에 따라 다른 2진 신호 레벨을 생성하는 종래의 비교기 회로에 대응한다.

구별기 장치(13)의 출력에 있는 메모리 장치(14)는 관련된 제어 회로(4)로부터 수신된 마지막 명령에 따라, 즉, 이 예에서는 수신된 제어 펄스의 지속 기간에 따라, 관련된 바이패스 회로(6)을 스위칭시키며 스위칭된 상태를 유지한다.

따라서, 각각의 바이패스 회로(6)은 제 1스트림의 주어진 위치에 있는 주어진 지속 기간의 펄스의 수신시에 스위치 온되어 또 다른 스트림 내의 동일한 선정된 위치의 펄스가 다른 지속 기간을 가질 때까지 온 상태를 유지한다. 바이패스 회로의 온 또는 오프 상태는 선정된 위치에 있는 동일한 지속 기간의 펄스들이 수신되는 한 계속 유지된다.

양호한 실시에서, 셀, 제어 회로(5), 및 대응하는 측정 회로(9)에 관련된 각각의 바이패스 회로(6)은 예를 들어 집적 회로와 같은 공통 모듈(15)로 결합되어고, 여기에 바이패스 회로의 바이패스 저항(7)이 접속된다.

상술한 바와 같이, 그리고, 도2에 도시된 바와 같이, 제어 논리(4)는 최소한 마이크로컨트롤러(19), 메모리(20), 및 응용(0), 충전기(3) 및 모듈(15)와 통신을 가능하게 하는 입력-출력 인터페이스(21), 및 사용자와의 통신을 가능하게 하는 사람-기계 인터페이스(21A)를 포함하는 시스템(18)에 기초한다.

예를 들어, 제어 논리(4)가 영구적으로 파워 업(power up)되는 경우에, 최소한 하나의 전기 에너지 저장 배터리 장치에 접속되며, 가능하게는, 만일 제어 논리가 고정된 전원에 접속될 수 있다면, 고정된 전원에도 접속되어, 외부 전원으로부터 시스템(1)의 충전 동안에 이 고정된 전원으로부터 전력을 공급받기 위한 인터페이스 장치를 갖는 회로(17)에 제어 논리(4)가 결합된다.

현재 논의되고 있는 실시예에서, 제어 논리(4)는 최소한 하나의 저장 배터리 장치, 예를 들어, 모듈(15)와 같은 보조 배터리로부터 전력을 공급받는다. 양호하게, 제어 회로(4)에는 전원 공급 실패와 같은 사건의 발생시에 대비한 프로그램 외에 영구적 또는 반영구적으로 최소한 약간의 데이타를 유지할 수 있도록 하는 공지된 유형의 메모리 수단(20)이 제공되며, 이와 같은 반영구적 수단은 모듈들과도 결합될 수 있다.

제안된 실시예에서, 제어 논리(4)는, 관련된 응용(0)에 전력을 공급하기 위한 시스템(1)의 최적 효율을 유지하는데 필요한 시스템 내의 셀들간의 전기적 균형을 유지하도록 프로그램된다. 여기서, 사실상, 시스템의 동작 및 응용에 관련된 이유로 인해 시스템(1)과 응용(0)가 무관하게 만들어질 수 있지만, 이러한 균형 유지 처리는 연속적인 방식으로 수행된다.

양호한 실시예에서, 제어 논리(4)의 소프트웨어 수단(22)는, 필요하다면, 특히 유휴 단계를 포함하여 응용(0)와 충전기(3)에 관련된 시스템(1)의 다양한 동작 단계 동안에 동작할 수 있다.

이 결과, 충전, 특히, 고속 충전 및/또는 방전 단계 동안에 통상적인 바이패스 회로의 이용을 넘어서서, 시스템(1)이 응용(0)에 전력을 공급하고 있지 않는 유휴 단계 동안에 균형을 유지하기 위해 제어 논리(4)가 바이패스 회로(6)을 제어할 수 있다. 어떤 응용에서 최소한 시스템(1)의 유휴 단계가 충전 및/또는 방전 단계보다 훨씬 길다고 할 때, 일반적으로는 급속한 또는 느린 충전 단계의 끝에서 개시되는 시스템 셀들의 균형 유지 작업을 충전 단계의 개시때에 시작해서 유휴 단계나 심지어 방전 단계에서 균형 유지 작업을 지속하는 것이 가능하다. 따라서, 균형 유지가 낮은 바이패스 전류로써 이루어질 수 있고 이것은 열 발산에 의한 에너지 손실을 감소시켜 결과적으로 본 발명 및 시스템(1)에 의해 전력을 공급받는 응용(0)의 동작에 따라 배치되는 하드웨어의 비용을 감소시킨다.

자신을 포함하는 소프트웨어 수단(22)로부터 분리될 수 있는 감독 수단(23)은, 제어 논리(4)가 균형 유지를 위해 시스템(1)의 셀들을 실질적으로 연속 감시하여, 셀들이 가능하게는 개별적 기초하에 각각의 셀들에 제공되는 최대 용량에 관하여 동일한 전압 및/또는 동일한 용량 차이를 가지는 것을 가능하게 한다. 이러한 목적을 위해, 감독 시스템(23)은 시스템(1)의 셀들의 개개의 측정 회로(9)에게 반복적인 질문(예를 들어, 주기적인 질문)을 하여, 양호한 실시예에서는 적어도 임시적으로 저장되는 이들 측정 회로들이 수행한 측정치에 관련된 표시를 얻는다. 제어 논리(4)에 의해 수신되는 표시들은 처리 소프트웨어 수단(24)에 의해 이용되며, 가능하게는 메모리(20)에 저장된다. 무엇보다도, 이들 표시들은 각각의 모듈이 포함하는 바이패스 회로(6)을 위해 각각의 모듈(15)의 제어 회로로 전송되는 명령들을 발생시키는데 사용된다.

양호한 실시예에서, 처리 소프트웨어 수단은, 셀에 관련된 모듈(15)의 이후의 질문으로부터 새로이 수신된 표시나 양호하게는 시스템(1)의 셀 서비스를 위해 처기에 수신 이후의 이전에 처리되고 저장된 표시에 따라, 시스템(1)의 각각의 셀(2)를 처리한다. 이로써, 일반적으로 동일하다고 가정되나 시간이 지남에 따라 발생할 수 있는 셀들의 특성차를 고려하는 것이 가능해진다. 이러한 목적을 위해, 처리 소프트웨어 수단은, 대응하는 셀(2)의 특성에 따라 대응하는 메모리 장치(14)를 통해 각각의 바이패스 회로(6)을 독립적으로 제어한다. 이들은 양호하게 바이패스 회로를 온 또는 오프시키는 연속된 명령을 전송하도록 동작한다. 바이패스 회로 각각은 가장 최근에 수신된 개개의 명령에 따라 온 또는 오프로 남아있게 된다.

시스템(1)의 각각의 셀(2)에 대한 최적의 전기적 상태를 나타내는 최소한 하나의 값이 메모리(20)에 저장되며, 가능하게는, 각각의 셀상에 수행되는 측정치로부터의 특정값을 대응하는 저장된 값과 비교하여 평가하기 위해, 메모리 장치(14)에 저장된다. 처리 소프트웨어 수단(24)에 포함된 계산 수단(25)는 사람-기계 인터페이스(21A)에 있는 시그널링 수단에 영향을 미치기 위한, 예를 들어, 전압에 대한 특성 임계값의 표시를 제공한다.

다른 실시예에서, 계산 수단(25)는 충전 시간 및 충전 전류, 즉, 시스템(1)의 동일한 충전 단계 동안에 연속적으로 선택되는 전류의 함수로서의 각각의 셀의 용량값을 계산하도록 프로그램된다.

시스템의 셀별 균형 유지(cell by cell balancing)를 보장하며, 어느 때라도 개시될 수 있는 균형 유지를 제공하는 운영 프로세스 및 제어 장치를 제공한다.

Claims

각각이 하나 이상의 전기 에너지 저장 배터리 장치를 포함하며, 개별적으로 자신의 단자에 접속된 전류 바이패스 수단과 결합되어 있고, 특히, 자신의 전압 및/또는 온도를 측정하기 위한 수단에 의해 제공되는 표시에 따라 동작하는 제어 수단(control means)에 의해 제어되며, 교대로, 충전, 가능하게는 급속 충전, 및 방전, 가능하게는 완전(deep) 방전되는 전기적으로 직렬 접속된 복수의 셀(cell)로 구성된 시스템을 위한 운영 프로세스(management process)에 있어서,

시스템의 셀별 균형 유지(cell by cell balancing)를 보장하며;

어느 때라도, 특히, 충전 단계의 끝을 감지하기 전에 개시될 수 있는 균형 유지를 제공하고;

상기 시스템의 모든 가능한 다양한 동작 단계, 즉, 상기 시스템이 전력을 공급하는 응용과 관련하여서, 배터리 충전 단계 동안, 충전기에 의한 충전 단계 동안과 상기 응용에 의한 방전 단계 사이의 유휴 단계의 양쪽 단계 동안, 및/또는 방전 단계 동안의 전 시간에 걸쳐 이용될 수 있도록 프로그램되는

것을 특징으로 하는 운영 프로세스.
각각이 하나 이상의 전기 에너지 저장 배터리 장치를 포함하며, 개별적으로 자신의 단자에 접속된 전류 바이패스 수단과 결합되어 있고, 특히, 자신의 전압 및/또는 온도를 측정하기 위한 수단에 의해 제공되는 표시에 따라 동작하는 제어 논리 수단(control logic means)의 감독을 받는 제어 수단에 의해 제어되며, 교대로, 충전, 가능하게는 급속 충전, 및 방전, 가능하게는 완전 방전되는 전기적으로 직렬 접속된 복수의 셀로 구성된 시스템을 위한 제어 장치(control arrangement)에 있어서,

상기 셀들의 상기 모든 개개의 제어 수단들에 의해 공급되는 측정치의 표시를 수신하여, 대응하는 개개의 제어 수단을 통해 각각의 셀에 할당된 개개의 전류 바이패스 수단으로의 명령을 발생시키거나, 직렬 접속된 셀들로 구성된 상기 시스템의 단자들에 접속된 공통 충전 수단으로의 명령을 발생시키도록 처리하며, 상기 시스템의 다양한 모든 가능한 동작 단계 동안의 전 시간에 걸쳐, 각각의 셀에 할당된 상기 바이패스 회로의 중개자(intermediary)를 통해 각각의 셀에게 개별적인 충전 균형 동작을 수행시키거나, 상기 공통 충전 수단에게 충전 균형 유지 동작을 수행시키는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 개개의 측정 회로에 반복적인 질문을 하여 상기 회로가 수행한 측정치에 관련된 표시를 얻고, 셀들간의 불균형으로 인해 필요할 때는 상기 측정치에 따라 상기 바이패스 수단으로 명령들을 전송함으로써 충전 균형을 유지하도록 상기 시스템의 셀들을 감독하기 위한 수단을 포함하는 공통 제어 논리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제3항에 있어서, 상기 시스템의 최적의 전기적 상태(optimal electrical state)를 나타내는 최소한 하나의 값을 저장하기 위한 수단이 제공되는 공통 제어 논리 수단 및/또는 개개의 제어 수단을 포함하며, 상기 공통 제어 논리 수단은 각각의 특성 최적의 전기적 상태값에 대한 최소한 하나의 특성 전기적 상태 임계치를 계산하기 위한 수단과 상기 시스템의 상기 셀들 각각에 대해 상기 측정 수단들에 의해 공급된 값들을 상기 전기적 상태 임계치들, 특히, 각각의 셀에 대해 결정된 최소한 하나의 전기적 상태 임계치와 비교하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제3항에 있어서, 상기 공통 제어 논리 수단은,

각각의 셀에 대해 개별적인 방식으로, 상기 바이패스 수단을 교대로 스위치 온 또는 오프시키도록 하는 상기 셀의 상기 개개의 바이패스 수단으로 전달되는 명령을 판별하는데 있어서, 주어진 셀에 대해 최소한 하나의 선행 균형 유지 단계 동안에 미리 제공된 상기 측정 표시를 고려하도록 만들어진 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제5항에 있어서, 상기 공통 제어 논리 수단은,

상기 셀의 상기 개개의 측정 수단에 의해 제공되는 측정 표시로부터 상기 공통 논리 수단이 결정한 불균형의 출현 이후에 셀마다의 균형 시간을 판별하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
제6항에 있어서, 상기 공통 제어 논리 수단은

셀에 대한 충전 시간, 및 충전 전류, 즉, 균형 유지에 있어서 셀간의 용량 차이가 고려되도록 계속적으로 선택되는 전류에 따라, 각각의 셀에 대한 특성 용량값을 계산하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.