KR20120020058A - 리튬 이온 전지를 포밍하기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

리튬 이온 전지(1)를 포밍하기 위한 장치는, 포밍될 리튬 이온 전지(1)를 위한 물체 지지대와, 리튬 이온 전지가 전기 전도되는 방식으로 연결될 수 있는 필요한 만큼의 복수의 DC 출력(4)이 구비된 AD/DC 컨버터 유닛(3)을 포함하는 전기 회로를 포함하는 포밍 시스템을 포함한다.
이러한 방식으로 에너지 최적화된 포밍을 가능하게 하기 위해, 배터리 관리 시스템(6)은 각각의 DC 출력(5)으로 연결되고 하나 이상의 리튬 이온 전지(1)로 연결 가능하다.

Description

리튬 이온 전지를 포밍하기 위한 장치{FACILITY FOR FORMING LITHIUM ION CELLS}
본 발명은 리튬 이온 전지를 포밍(forming)하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 제작될 리튬 이온 전지를 위한 물체 지지대와, 리튬 이온 전지가 전기 전도성 방식으로 연결될 수 있는, 필요한 만큼의 복수의 DC 출력을 갖는 AD/DC 컨버터 유닛을 갖는 전기 회로를 포함하는 제작 시스템을 포함하는 것이 바람직하다.
"포밍(forming)"은 리튬 이온 전지의 정의된 충전-방전 시퀀스를 최초로 수행하는 것을 일컬으며, 이러한 목적으로 특수하게 설계된 장치에서 이뤄진다.
리튬 이온 전지는, 리튬을 함유하는 전해질을 갖는 모든 유형의 전기화학적 전지를 의미하는 것으로 이해된다. 리튬 이온 전지는, 리튬을 감싸기 위한 캐리어 필름(carrier film)과, 흑연, 금속, 합금 또는 티탄산염으로 만들어진 활성 물질을 포함하는 음극을 가질 수 있다. 덧붙여, 캐리어 필름과, Ni, Mn, Co, Fe, Mg, V, P 중 하나 이상과 리튬을 함유하는 활성 물질을 포함하는 양극이 제공될 수 있다. 전해질이 액체, 고체, 또는 겔 형태로 제공될 수 있으며, 선택사항으로서, 분리기(separator)도 제공될 수 있다.
포밍될 리튬 이온 전지는 물체 지지대 상에 고정되어 포밍 시스템으로 제공되는 것이 바람직하다. 포밍 동안, 각각의 리튬 이온 전지는 전기 전도 방식으로 전기 회로로 자동으로 연결된다. 이들 회로가 포밍 시스템의 주요 구성요소이다. 장치의 중간 전기 회로가, 하나의 AC 입력과 복수의 DC 출력을 갖는 AC-DC 인버터로서 구현된다. 이러한 유형(하나의 AC 입력, 복수의 DC 출력)의 시스템 구성은 포밍 동안 에너지 손실을 최소화하기 위한 두 가지 옵션을 제공하는 것이 일반적이다. 제 1 옵션은, (DC 회로 1에서의) 리튬 이온 전지의 방전 에너지를, 중간 회로를 통해 (DC 회로 n에서의) 또 다른 리튬 이온 전지로 보내기 위한(여기서 이 에너지는 리튬 이온 전지를 충전하도록 사용됨), 개별 DC 회로들 간 에너지 브랜치(energy branch)이다. 제 2 옵션은, DC-AC 회로 간의 에너지 회수이다. 복수의 리튬 이온 셀의 방전 에너지(DC)가 묶어지고, 중간 회로를 통해, AC 회로로 피드백된다. 이러한 장치에서, DC-AC 에너지 회수는, DC 측에서의 낮은 입력 전압 때문에, 효율이 낮다는 특징이 있다. 이들 DC 출력은, 상기 DC 출력이 <6볼트 및 수 암페어 내지 수 백 암페어의 전류의 최대 DC 출력 신호를 얻는다는 특징을 가진다.
따라서 본 발명의 목적은 에너지-최적화 포밍이 가능한 방식으로 포밍 장치를 설계하는 것이다.
이러한 목적을 이루기 위해, 앞서 언급된 장치는, 배터리 관리 시스템이 각각의 DC 출력으로 연결되어 있고, 하나 이상의 리튬 이온 전지로 연결 가능하다는 특징을 가진다. 이로 인해서, DC-AC 에너지 회수와 관련하여 더 효율적이고 에너지-최적화된 포밍이 가능해진다. 그러나 배터리 관리 시스템은 포밍 시스템 자체의 구성요소는 아닌 것이 바람직하다.
본 발명의 장치의 바람직한 일실시예에 따르면, 각각의 DC 출력은 에너지 회수를 위한 기능을 갖도록 구현된다.
본 발명의 또 다른 선택적 특징에 따르면, 포밍 시스템은 하나의 AC 입력과 하나의 DC 출력을 갖고, 상기 DC 출력은 수 백 암페어 및 수 백 볼트까지의 최대 DC 출력 신호를 달성한다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, DC/DC 컨버터, 바람직하게는 절연형 DC/DC 컨버터는, 포밍 시스템의 각각의 DC 출력으로 연결되고, 배터리 관리 시스템으로 연결된다.
전지는 포밍 시스템에 별도로 제공될 수 있다. 본 발명의 하나의 바람직한 형태에서, 전지가 물체 지지대 상에 개별적으로 고정되고, 피드 시스템(feed system)을 통해, 포밍 시스템으로 제공된다.
본 발명은 하나의 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 참조하여, 다음의 기재에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 종래 기술에 따르는, 하나의 AC 입력과 n개의 DC 출력을 갖는 리튬 이온 전지용 포밍 시스템의 대략적 레이아웃을 도시한다.
도 2는 배터리 관리 시스템을 이용하는 본 발명에 따르는 포밍 시스템의 대략적 레이아웃을 도시한다.
도 1에 도시된 장치는, 리튬 이온 전지(1)를 포밍하기 위한 장치의 한 가지 바람직한 예시적 실시예이며, 여기서, 리튬 이온 전지(1)는 물체 지지대 상에 고정되어 포밍 시스템으로 제공되는 것이 바람직하다. 포밍 동안, 각각의 리튬 이온 전지(1)는, 전기 전도되는 방식으로, 전기 회로로 자동으로 연결되며, 상기 장치의 중간 전기 회로(2)가, 하나의 AC 입력(3)과 복수의(가령, 도 1에 도시된 바와 같이, 2개의) DC 출력(4)을 갖는 AC-DC 인버터로서 구현된다. 일반적으로, 2-웨이 3-상 인버터(2-way 3-phase)는 AC-DC 인버터로서 사용되고, AC 입력(3)은 3-상 AC 입력이다. DC 출력(4)은 절연형(isolation type) DC/DC 컨버터이다.
AC 입력(3) 근방의 화살표로 표현되는 바와 같이, 회로(2)로부터의 재생 에너지가 AC 소스로 제공될 수 있다. 상부 DC 출력(4) 위의 화살표가 리튬 이온 전지로부터의 방전 전류를 나타내고, 반면에, 충전 전류가 하부 DC 출력(4) 위의 짧은 화살표에 의해 나타내어 진다. 하부 DC 출력(4) 위, 좌측에 있는 휘어진 화살표가 재생, 즉 개별 DC 회로(4) 간 에너지 브랜치를 나타내며, 상기 에너지 브랜치에 의해, 하나의 리튬 이온 전지(1)(가령, 상부 전지)에서, 중간 회로(2)를 통해, 또 다른 리튬 이온 전지(1)(가령, 하부 전지)로 방전 에너지가 전달되어, 상기 또 다른 리튬 이온 전지(1)를 충전하도록 사용된다.
더 에너지 효율적인 포밍을 보장하기 위해, 도 2에 도시된 새로운 장치 설계가 제공되는데, 여기서 원칙적으로 단 하나의 DC 출력(5)만 제공되어야 한다. 배터리 관리 시스템(6)이 이 DC 출력(5), 또는 각각의 추가적인 DC 출력으로 연결되고, 하나 이상의 리튬 이온 전지(1)로 연결될 수 있다. AC/DC 인버터(2)(일반적으로 2-웨이 3-상 인버터)와 AC 입력(일반적으로 3-상 AC 입력)이 AC 소스와 배터리 관리 시스템(6) 사이에 삽입된다.
배터리 관리 시스템은 배터리를 제어하기 위해 사용되며, 보통, 전지 온도를 측정하기 위한 센서, 개별 전지 전압을 측정하기 위한 센서, 전류를 측정하기 위한 센서, 하나의 (임의의) 전지로부터 다른 전지로 전하를 이동시키기(이른바 밸런싱) 위한 전자 회로, 및 안전 장치(프로텍터, 퓨즈 등)를 포함한다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 배터리 관리 시스템(6)은 절연형 DC/DC 인버터이거나 이러한 인버터를 포함할 수 있다.
배터리 관리 시스템(6)은 포밍될 전지(1)와 포밍 시스템 간의 전기적 인터페이스로서 사용된다. 개별 리튬 이온 전지(1)로의 에너지의 DC 측은 더 이상, 포밍 장치의 집적 회로의 일부로서 배전되지 않으며, 대신, 배터리 관리 시스템(6)에 의해 배전되며, 각각의 DC 출력(5)이, 에너지 회수를 할 수 있는 포밍 시스템의 구성요소인 것이 바람직할 때, 상기 배터리 관리 시스템(6)은 DC-AC 에너지 회수를 위한 인터페이스로서도 사용된다. 본 발명에 따르는 포밍 시스템은 단 하나의 AC 입력(3)을 갖고, 바람직하게는 단 하나의 DC 출력(5)을 가지며, 수 백 암페어 및 수 백 볼트까지의 최대 DC 출력 신호를 달성한다. DC/DC 컨버터(바람직하게는 절연형 DC/DC 컨버터(6))는 포밍 시스템의 각각의 DC 출력(5)으로 연결되고, 배터리 관리 시스템으로 연결될 수 있다.
다시 말하자면, 재생 에너지, 리튬 이온 전지(1)로부터의 방전 전류, 리튬 이온 전지(1)를 위한 충전 전류의 공급뿐 아니라, 개별 배터리 관리 시스템(6) 간 재생 및 에너지 브랜치가, 도 1에서와 유사한 화살표로 나타내어 졌다.
본 발명의 하나의 바람직한 형태에서, 포밍 전에, 전지는 서로 전기적으로 연결되어 하나의 모듈을 형성한다. 하나의 모듈에서, 최대 5개의 전지가 서로 병렬로 연결되고, 최대 14개의 전지가 서로 직렬로 연결되는 것이 일반적이다. 그 후, 포밍 장치의 일부일 수 있는 배터리 관리 시스템이 이 모듈로 직접 연결된다. 그러나 또 다른 일실시예에서, 배터리 관리 시스템이 다음 번 배터리의 모듈의 일부이고, 포밍 후에도 모듈 상에 유지된다. 또 다른 일실시예에서, 복수의 모듈이 서로 직렬로 연결될 수 있다. 모든 경우, 임의의 두 전지 간에 전하가 균형을 이룰 수 있다. 배터리 관리 시스템 내에서, 어느 전지가 전하를 받는지, 그리고 어느 전지가 전하를 전달하는지에 대한 계산이 수행되고, 이는 포밍 장치와 독립적으로 이뤄진다.

Claims (5)

  1. 리튬 이온 전지를 포밍(forming)하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는
    리튬 이온 전지가 전기 전도되는 방식으로 연결되어 있는 하나 이상의 DC 출력을 갖는 AD/DC 컨버터 유닛을 포함하는 전기 회로를 포함하는 포밍 시스템(forming system)
    을 포함하며, 배터리 관리 시스템(6)이 각각의 DC 출력(5)으로 연결되고, 하나 이상의 리튬 이온 전지(1)로 연결 가능한 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지를 포밍하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 각각의 DC 출력(5)은 에너지 회수 기능을 갖도록 구현되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지를 포밍하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 포밍 시스템은 하나의 AC 입력(3)과 하나의 DC 출력(5)을 갖는 것을 특징을 하는 리튬 이온 전지를 포밍하기 위한 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, DC/DC 컨버터가 포밍 시스템의 각각의 DC 출력(5)으로 연결되며, 배터리 관리 시스템으로 연결되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지를 포밍하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, DC/DC 컨버터는 절연형 DC/DC 컨버터인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지를 포밍하기 위한 장치.
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