KR20120080585A

KR20120080585A - 전기 에너지 저장 시스템

Info

Publication number: KR20120080585A
Application number: KR1020127007727A
Authority: KR
Inventors: 콘래드 러셀
Original assignee: 보이트 파텐트 게엠베하
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-07-17
Also published as: EP2471156A1; DE102009039160A1; WO2011023264A1; US20120200267A1; CN102742110A; RU2012111678A

Abstract

본 발명은 전기 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 각각의 동작 전압을 갖는 복수의 저장 셀들을 포함한다. 스위칭 소자뿐만 아니라 전기 부하는 저장 셀에 병렬인 부하와 직렬로 배치된다. 스위칭 소자는 임계 전압에 도달하거나 임계 전압을 초과할 때 닫힌다. 상기 시스템은 저장 셀이 전기 부하에 의해 방전되는 것과 같은 방법으로 스위칭 소자를 제어하기 위해 배치되는 제어 장치를 포함한다. 상기 발명은 또한 전기 에너지 저장용 저장 셀에 관한 것이다.

Description

전기 에너지 저장 시스템{SYSTEM FOR STORING ELECTRIC ENERGY}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 좀더 상세히 정의된 바와 같은 전기 에너지 저장 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전기 에너지 저장용 저장 셀에 관한 것이다.

전기 에너지 저장, 여기서 특히 전기 차량들 또는 특히 하이브리드 차량들에서의 전기 견인(traction) 에너지 저장 시스템은 일반적인 최신 기술에서 알려져 있다. 전기 에너지 저장을 위한 그러한 시스템들은 예를 들어 직렬 및/또는 병렬로 함께 전기적으로 연결되는 개개의 저장 셀들을 일반적으로 포함한다.

다양한 축전지 셀들(accumulator cells) 또는 커패시터 셀들(capacitor cells)이 저장 셀들로 기본적으로 고려될 수 있다. 차량의 구동 트레인들(dirve trains) 및 여기서 특히 상용 차량들(utility vehicles)에서 사용하는 경우에 에너지 저장 및 탭핑(tapping)으로 발생하는 비교적 높은 에너지 총량 특히 고 성능으로 인해, 사용되는 저장 셀들은 바람직하게는 충분한 에너지 함량(energy content) 및 높은 성능을 갖는 것들이다. 그렇게 하기 위해, 축전지 셀들은 예를 들어 리튬 이온(lithium-ion) 기술 또는 특히 매우 강력한 2단(double-layer) 커패시터들 형태의 저장 셀들이 사용될 수 있다. 이러한 커패시터들은 전문적인 계통, 또한 수퍼커패시터들, 수퍼캡들(supercaps) 또는 울트라커패시터들(ultracapacitors)로 지정된다. 종래의 수퍼커패시터들 또는 축전지 셀들이 높은 에너지 함량을 갖는지 여부와 상관없이 현재 사용되는데, 다양한 저장 셀들의 전압은, 그것들의 설계로 인해, 전체가 또는 Ehgks 블록들이 서로 직렬로 연결될 수 있는 복수의 저장 셀들로 구성되는 시스템에서의 상위(upper) 전압 값 또는 임계 전압에 제한된다. 만약 상위 전압 값이 예를 들어 전기 에너지 저장 시스템을 충전할 때 초과된다면 저장 셀의 수명은 일반적으로 대폭 줄어든다.

미리 설정된 제조 허용오차로 인해, 개개의 저장 셀들은 예를 들어 자가 방전의 면에서 서로 그 속성들에서 일반적으로 살짝 벗어난다. 그 결과는 서비스 시에 다른 저장 셀들보다 약간 작은 동작 전압이 개개의 저장 셀들에 대한 시스템에서 가능하게 될 수 있다는 것이다. 최대 전압이 그러나 전체 시스템에 대해 일반적으로 동일하게 남아 있고 최대 총 전압이 특히 충전 중에 전형적인 작동 기준을 나타내기 때문에, 낮은 동작 전압을 지닌 저장 셀들에 직렬로 연결되는 다른 저장 셀들이 약간 더 높은 전압을 가지고 충전 프로세스 중에 허용되는 개개의 최대 전압 제한을 넘어 충전되는 효과는 변함없다. 그러한 과전압은, 이미 상기에서 언급한 바와 같이, 개개의 저장 셀들 및 그에 따른 또한 전기 에너지 저장 시스템 전체의 예상 수명에 상당한 축소를 가져온다.

그러한 문제들에 대응하기 위해, 일반적인 기술은 소위 셀 전압 균형이라는 두 가지 서로 다른 유형을 주로 제공한다. 일반적으로 보통의 "셀 전압 균형"이라는 용어는 여기서 약간 헷갈리는데, 여기서 전압들 또는 좀더 정확히 개개의 저장 셀들의 에너지 함량이 서로 균형을 이루지 않기 때문으로, 그러나 너무 높은 전압들을 갖는 셀들은 그것들의 전압들이 감소됨을 보인다. 전기 에너지 저장 시스템의 전체 전압이 변함없이 있기 때문에, 전압이 낮아진 셀은 적어도 극성 반전(polarity reversal)의 위험이 감소되도록 소위 셀 전압 균형에 의해 그것의 전압이 시간이 지남에 따라 재저장될 수 있다.

전기 저항이 각각의 개개 저장 셀에 병렬로 스위칭되는 수동(passive) 셀 전압 균형에 더해 능동(active) 셀 전압 균형이 또한 도입되며 결과적으로 전기 에너지 저장 시스템의 열뿐만 아니라 끊임없는 원치않는 방전이 있다. 그렇게 하기 위해, 각각의 개개 저장 셀에 병렬로 연결되는 저항에 더해, 전기 임계 스위치가 저장 셀에 병렬로 그리고 저항에 직렬로 연결된다. 상기 어셈블리(assembly)는 또한 바이패스(by-pass) 전기 어셈블리로 지정되어 셀의 동작 전압이 미리 설정된 임계 전압 위에 있을 때에만 전류가 흐르게 한다. 개개의 저장 셀의 전압이 미리 설정된 임계 전압 이하의 부분으로 되돌아 오자마자, 스위치가 열리고 전류는 더 이상 흐르지 않는다. 개개의 저장 셀들의 전압이 미리 설정된 제한 값 이하일 때 전기 저항이 스위치에 의해 항상 비활성화된다는 사실로 인해, 전기 에너지 저장 시스템 전체에 대한 원치않는 방전이 크게 방지될 수 있다. 또한 능동 셀 전압 균형 접근법을 이용하면 끊임없는 원치않는 열 발생은 문제가 되지 않는다.

예를 들어 하이브리드 도시 버스용 수퍼커패시터 저장 유닛은 대게 여러 개의 모듈들로 나누어진 직렬로 연결되는 수백 개의 수퍼커패시터 셀들로 일반적으로 구성된다. 차량 또는 특히 하이브리드 시스템에 대해 다가오는 서비스 또는 정비 작업의 경우에, 수퍼커패시터 저장 유닛은 서비스 또는 정비 직원에 대한 어떠한 위험을 배제하도록 상기 작업 전에 좀더 유리하게 방전된다. 이는 충전 레벨에 따라 위험하게 높은 전압 및 매우 고 성능으로 전달되는 하에서 추가적인 연결로 가능하게 되는 적절한 외부 구성요소들을 이용하는 어떠한 처리를 요구한다. 게다가, 이러한 연결들은 다른 사람들이 접근하기 어려워서 이러한 작업들은 특별히 자격을 갖춘 직원에 한해서만 수행되어야 한다.

또한, 만약 전체 저장 장치 또는 전체 모듈이 방전된다면, 다른 저장 셀들과 비교하여 더 낮은 충전 레벨 또는 더 작은 용량을 갖는 셀들이 그것들의 반전될 극성을 가질 수 있는 이러한 방법은 불리하다. 저장 셀들의 충전 레벨 또는 용량에서의 이러한 차이는 예를 들어 모듈 또는 전체 저장 장치에 일정하지 않은 냉각으로 인한 예를 들어 저장 셀의 뚜렷하게 빠른 변화뿐만 아니라 증가된 자체 방전을 가져올 수 있는 제조 허용오차에서 나온다. 그러한 극성 반전은 상응하는 저장 셀들의 수명을 감소시키며 방지되어야 한다. 전기 에너지 저장 시스템의 수명은 상기 설명된 하이브리드 구동기 및 여기서 특히 도시와 지방 운행에서의 옴니버스들(omnibusses)과 같은 상용 차량들의 하이브리드 구동기들에서 대단히 중요하다. 그러한 응용들에 적합한 성능 범주에서의 종래의 구동기 트레인들과 달리, 전기 에너지 저장 시스템은 하이브리드 구동기의 비용에서 상당한 부분을 나타낸다. 따라서 그러한 응용들에서 꽤 긴 수명이 성취되는 것이 특히 중요하다.

따라서 각각 상술한 결점을 적어도 부분적으로 방지하고 특히 시스템 또는 저장 셀 방전의 경우에 극성 반전의 가능성을 줄이는 저장 셀뿐만 아니라 전기 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 이러한 목적은 독립 청구항들에서의 특징을 갖는 시스템 및 저장 셀에 의해 달성된다. 또한 본 발명의 실시예들은 종속 청구항들에서 기술된다.

특히, 본 발명은 각각의 동작 전압을 갖는 복수의 저장 셀들을 포함하는 전기 에너지 저장 시스템을 제시하는데, 한편 부하와 직렬인 스위칭 소자뿐만 아니라 전기 부하는 저장 셀에 병렬로 배치되고 한편 스위칭 소자는 임계 전압에 도달하거나 임계 전압을 초과할 때 닫힌다. 상기 시스템은 본 발명에 따른 제어 장치를 포함하는데, 이는 저장 셀이 전기 부하에 의해 방전되는 것과 같은 방법으로 스위칭 소자를 제어하기 위해 배치된다.

따라서 본 발명에 따라 제어 장치로 스위칭 소자를 작동하여 전기 부하에 의해 저장 셀의 방전을 특별히 유발하여 결과적으로 유지 및 정비 작업이 수행될 수 있도록 완벽히 안전하게 시스템을 방전할 수 있다. 높은 전압 하에서의 연결 처리가 제어 장치의 제공을 통해 방지될 수 있다.

저장 셀이 방전 전압으로 전기 부하에 의해 방전될 수 있는 유리한 실시예가 제공된다. 전기 에너지 저장 시스템이, 여기서 방전 전압으로 언급된, 전압 값으로 또는 전압 값 이하로 방전되어, 시스템 또는 그것의 개개의 모듈들에 대한 임의의 조작이 안전하게 수행되는 것이 따라서 보장된다.

본 발명의 특히 유리한 실시예는 스위칭 소자가 비접촉 전송 장치(contact-free transmission device)에 의해 제어될 수 있는 것을 제시한다. 상기 비접촉 전송 장치가 분리 증폭기(isolation amplifier), 특히 광커플러(optocoupler)인 것이 따라서 특히 제공될 수 있다. 이는 에너지가 저장 장치로 전달되는 또는 에너지가 저장 장치로부터 탭핑(tap)되는 라인들 및 장치들 간의 구별, 및 서비스 또는 유지보수 직원에 의해 사용되는 제어 장치들뿐만 아니라 라인들 제어를 가능하게 한다. 특히, 특별히 높은 안정성이 획득될 수 있도록 제어 라인들과 높은 전압을 전달하는 라인들 간의 갈바니 분리(galvanic separation)가 가능하다. 상기 분리 증폭기는 대안적으로 또한 유도(inductive) 또는 가능하게는 용량(capacitive) 커플링으로 실현될 수 있고 따라서 또한 저장 셀들로부터 갈바니 분리되는 스위칭 소자의 활성화를 가능하게 한다.

비접촉 전송 장치의 배치와 관련하여, 한편으로는 비접촉 전송 장치가 복수의 저장 셀들로부터의 각각의 저장 셀에 할당되도록 제공될 수 있다. 이는 각각의 저장 셀에 대한 조준 활성화(targeted actuation) 및 그에 따라 개개의 저장 셀에 대한 특히 안전하고 세심한 방전을 가능하게 한다. 상기 비접촉 전송 장치가 저장 셀에 배치된다는 면에서 특히 이롭다. 따라서 저장 셀에 비접촉 전송 장치의 공간적 할당(spatial allocation)뿐만 아니라 직접(direct) 할당도 있다.

비접촉 전송 장치가 복수의 저장 셀들에 할당되는 것이 대안으로 제공될 수 있다. 그러한 경우에, 비접촉 전송 장치는 예를 들어 여러 저장 셀들로 구성되는 두 개의 이웃하는 셀들 또는 전체 모듈을 활성화시킬 수 있다. 이는 스위치들 및 전자장치들의 면에서 구현되는 수단들을 감소시키고 따라서 특히 비용 효율적으로 실현되는 대안을 제시한다. 이와 관련하여 비접촉 전송 장치가 제어 장치에 의해 배치되는 것이 제공될 수 있다. 전송 장치는 그리고 나서 제어 장치로 통합되거나 그것의 공간 부근에 배치된다.

본 발명의 실시예는 스위칭 소자의 제어가 임계 전압에 영향을 주는 것을 제시한다. 저장 셀의 임계 전압은 예를 들어 저장 셀이 전기 부하에 의해 방전되도록 방전 전압에서 작동될 수 있다.

스위칭 소자가 제어 부하에 의해 닫힐 수 있는 것이 또한 대안적으로 제공될 수 있다. 그 결과는 임계 전압을 고려하지 않고 제어 부하에 의해 스위칭 소자가 스위칭 프로세스를 직접적으로(direct) 활성화하는 것이다.

제어 장치가 버스 라인에 의해 스위칭 소자에 연결되는 것이 본 발명의 유리한 다른 실시예에서 제공된다. 이는 복수의 저장 셀들에 대한 효율적인 활성화를 가능하게 한다. 그러한 경우에, 방전 전압에 방전 신호 또는 변경된 임계 전압 전달이 제어 장치로부터 저장 셀로 특히 제공될 수 있을 뿐만 아니라 예를 들어 저장 셀로부터 제어 장치로 전류 동작 전압 또는 전류 임계 전압 전달이 제공될 수 있다. 이는, 예를 들어, 각각, 전기 에너지 저장 시스템 또는 상기 시스템의 각각의 검출된 모듈에 대한 저장 레벨의 정확한 복제(replication)를 생성하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 간단한 실시예에서, 상기 부하는 저항이지만 또한 예를 들어 빔 방사(beamed radiation)에 의하는 것와 같이 전기 에너지를 빼앗는 다른 수단이 제공될 수 있다. 저장 셀은 소위 수퍼커패시터, 즉 2단 커패시터로 설계될 수 있다.

간단한 실시예에서, 스위칭 소자는 임계 스위치일 수 있다. 이미 설명한 바와 같이, 제어 장치는 그리고 나서 방전 전압에 임계 스위치의 임계를 설정하거나 신호 버스 또는 데이터 버스에 의해 임계 스위치의 스위칭 프로세스를 직접 활성화시킬 수 있다. 필요하다면 두 구상의 결합이 또한 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 시스템은 에너지 저장 장치, 특히 하이브리드 구동기들에 특히 유리하게 장착될 수 있다.

최초에 언급한 목적이 상기 장치와 직렬로 배치되는 스위칭 소자뿐만 아니라 저장 셀에 병렬로 배치되는 전기 부하를 갖는 전기 에너지 저장 셀로 또한 해결되는데, 한편 스위칭 소자는 임계 전압에 도달하거나 임계 전압을 초과할 때 닫힌다. 본 발명에 따라 저장 셀의 전압이 방전 전압으로 또는 방전 전압 이하로 떨어지는 것과 같은 방법으로 스위칭 소자가 비접촉 전송 장치에 의해 활성화되는 것이 제공된다. 그러한 경우에, 상기 비접촉 전송 소자는 스위칭 소자에 직접 배치되거나 적절한 신호 또는 데이터 라인에 의해 비접촉 전송 장치에 연결될 수 있다. 상기 비접촉 전송 장치는 예를 들어 분리 증폭기, 특히 광커플러일 수 있다.

본 발명에 따른 저장 셀들뿐만 아니라 본 발명에 따른 시스템에 대한 다른 유리한 실시예들이 바람직한 실시예에서 보여질 수 있는데, 이는 도면을 고려하여 하기에서 더욱 자세히 설명된다.
도면들은 다음과 같이:
도 1은 하이브리드 차량의 바람직한 어셈블리이고;
도 2는 전기 에너지 저장 시스템의 실시예에 대한 도형 도식이다.

도 1은 바람직한 하이브리드 차량(1)을 나타낸다. 예시로 나타내어지는 각각 두 개의 바퀴들(4)을 갖는 두 개의 차축들(2, 3)을 갖는다. 차축 3은 따라서 차량(1)의 구동 차축이어야 하며, 반면 차축 2는 그 자체가 알려진 방식으로 그 안에서 독자적으로 회전한다. 전송(5)이 차축을 구동하기 위해 예시적으로 나타내어지는데, 전송은 내연기관(internal combustion engine, 6) 및 전기 기계(electrical machine, 7)로부터 전원(power)을 획득하고 구동 차축(3) 부분으로 그것을 전달한다. 서비스 중에, 전기 기계(7)는 스스로 또는 내연기관(6)의 구동 전원 보충으로 구동 차축(3) 부분으로 구동 전원을 유도하고 따라서 차량(1)을 구동하거나 차량(1)의 활성화를 지원할 수 있다. 게다가, 제동 중에 생산되는 전원을 회복하고 그에 따라 그것을 저장하도록 상기 전기 기계(7)는 차량(1)에 제동을 걸 때 발생기(generator)로 또한 작동될 수 있다. 예를 들어 도시 버스로 차량(1)을 사용할 때, 뿐만 아니라 보통 약 최대 70km/h가 될 수 있는 더 높은 속도에서의 제동 프로세스를 위해 충분한 에너지 함량을 제공할 수 있도록 하기 위해, 전기 에너지 저장 시스템(10)에 그러한 경우에 350 - 700Wh의 크기 정도의 에너지 함량이 제공되어야 한다. 이는 예를 들어 상기 속도로부터 약 10초의 제동 사이클에서 발생하는 에너지를 저장하게 할 수 있는데, 이는 일반적으로 약 150kW의 크기 정도를 갖는 전기 기계(7)에 의해 전기 에너지로 변환될 수 있다.

전기 에너지 저장 시스템(10)에 대한 충전 또는 방전뿐만 아니라 전기 기계(7)의 작동을 위해, 도 1에 따른 어셈블리는 에너지 관리를 위해 통합되는 제어 장치로 그 자체가 알려진 방식으로 설계되는 변환기를 갖는다. 전기 기계(7)와 전기 에너지 저장 시스템(10) 간의 에너지 흐름은 그에 따라 통합된 제어 장치를 이용하여 변환기(9)에 의해 조정된다. 제어 장치는 그에, 제동을 걸 때, 발생기에 의해 구동되는 전기 기계(7)의 부분에서 생산되는 전원이, 그러면, 가능한 많이, 전기 에너지 저장 시스템(10) 내로 저장되는 것을 보이는데, 한편 일반적으로 상기 시스템(10)의 미리 설정된 상위 전압 한계가 초과되어서는 안된다. 서비스 중에, 변환기(9)에서의 제어 장치는 이러한 반전의 경우에 이러한 탭핑된 전원으로 전기 기계(7)를 구동하기 위해 상기 시스템(10)으로부터의 전기 에너지 탭핑을 조정한다. 여기서 기술된 하이브리드 차량(1)에 더해, 그것은 예를 들어 도시 버스로 설계될 수 있는데, 비교 가능한 어셈블리가 또한 순수 전기 차량에 구상될 수 있음은 말할 필요도 없다.

도 2는 일 실시예에 따른 전기 에너지 저장을 위한 발명에 따른 시스템(10)의 절단부를 도해하여 도시한다. 주의점으로, 전기 에너지 저장 시스템(10)에 대한 다양한 형태가 구상될 수 있다. 그러한 시스템(10)은 복수의 저장 셀들(12)이 일반적으로 직렬로 시스템(10)에 연결되는 것과 같은 방법으로 일반적으로 부설된다. 이러한 저장 셀들은 따라서 축전지 셀들 및/또는 수퍼커패시터 셀들 또는 그것의 임의의 조합일 수 있다. 여기서 제시되는 바람직한 실시예에 있어서, 모든 저장 셀들(12)은 수퍼커패시터들, 다시 말해서 하이브리드 구동기를 갖추고 있는 차량(1)에서 전기 에너지 저장을 위한 단일 시스템(10)에 설치되는 2단 커패시터들로 설계될 수 있다. 그러나 상기 어셈블리는 바람직하게는 예를 들어 도시와 지방의 운행을 위한 옴니버스인 상용 차량에 장착될 수 있다.

이 상황에서, 매우 큰 차량 크기과 관련하여 빈번한 시동 및 제동 조작은 상대적으로 높은 전류 흐름 때문에 수퍼커패시터들을 통해 특히 효율적인 전기 에너지 저장을 달성할 수 있게 한다. 저장 셀들(12)로서의 수퍼커패시터들은 예를 들어 축전지 셀들보다 훨씬 작은 내부 저항을 갖기 때문에, 전자(the former)가 따라서 여기서 더 상세히 설명되는 바람직한 실시예로 택해져야 할 것이다.

이미 언급한 바와 같이, 저장 셀들(12)이 도 2에서 보여질 수 있다. 그 경우에, 직렬로 연결되는 여러 저장 셀들(12) 중 오직 세 개만이 도시된다. 이는 저장 셀들(추가로 도시되지 않음)의 제1 모듈(A)을 계속해서 형성한다. 추가적인 모듈들(B, C)이 또한 도식적으로 도시된다. 모듈들의 정확한 수는 시스템에 대한 원하는 쓰임에 따라 달라진다. 상응하는 전기 구동 전원이 약 100 - 200kW인 상기 바람직한 실시예에서, 예를 들어 120kW는, 총 약 150 - 250개의 저장 셀들(12)인 실현 가능한 어셈블리를 의미할 것이다. 수퍼커패시터당 약 2.7V 전류 상위 전압 한계 및 3000패럿(Farads) 용량을 갖는 수퍼커패시터들로 설계된다면, 도시 옴니버스의 하이브리드 구동기에 실현 가능한 응용을 제공할 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 저장 셀들(12)은 옴 저항(ohmic resistor, 14) 형태로 각각의 저장 셀(12)에 병렬로 연결되는 전기 부하를 갖는다. 상기 부하는, 각각의 수퍼커패시터들(12)에 병렬인 경우에, 각각의 저장 셀들(12)에 병렬인 스위칭 소자(16)와 직렬로 연결된다. 상기 스위치(16)는 임계 스위치로 설계되고 단지 도식적으로만 나타내어진다. 상기 스위칭 소자(16)는 수퍼커패시터(12)의 전압 모니터링을 포함한다. 수퍼커패시터(12)가 상위 임계 전압을 초과하자마자, 전류가 저항(4)을 거쳐 수퍼커패시터(12)로부터 흐를 수 있도록 스위치(16)가 닫힌다. 그렇게 하기 위해, 커패시터에서 충전이 일어나고 따라서 그에 따라 전압이 감소된다.

또한, 임계 스위치(16)는 광커플러(18) 및 상응하는 데이터 또는 신호 라인들에 의해 버스(20)에 연결된다. 제어 장치(22)는 또한 데이터 버스(20)에 연결된다. 제어 장치는, 버스(20)를 이용하여, 저장 셀들(12) 상에 배치되는 광커플러(18)를 제어하기 위해 설계된다.

이미 언급한 바와 같이, 저장 셀들(12)은 도 2에 도시되는 실시예들에서 모듈 A, B 및 C로 나눠진다. 예시용으로, 모듈 A, B 및 C에 대한 다양한 실시예들이 설명된다. 전기 에너지 저장을 위한 실제 시스템에서는, 동일한 모듈만이 구현될 것이다. 모듈 A에는, 이미 언급한 바와 같이, 임계 스위치(16)가 광커플러(18)에 의해 활성화될 수 있는 저장 셀들(12)이 설치된다. 그렇게 하기 위해, 각각의 저장 셀(12)에 대한 서로 다른 광커플러들(8)이 데이터 버스(20)를 통해 제어 장치(22)에 의해 개별적으로 활성화될 수 있는데, 이는 방전 명령이 각각의 특정 저장 셀(12)에 대해 발행될 수 있음을 의미한다.

모듈 B의 저장 셀들(12)에는 반대로 임계 스위치(16)를 제어하기 위한 광커플러(18)가 명백히 제공된다. 실제로, 광커플러의 연결은 방전 신호가 광커플러들(18) 다함께에 대해서만 임계 스위치(16)로 전송될 수 있는 것과 같은 방법으로 실현된다. 결과적으로, 모듈 B는 그 안에 들어 있는 모든 저장 셀들(12)에 대해 균일하게 방전된다.

모듈 C도 임계 스위치(16) 및 저항(14)에 의해 방전될 수 있는 저장 셀들(12)을 갖는다. 실제로, 임계 스위치(16)는 광커플러에 의해 활성화되지 않고 유도 커플러(inductive coupler, 24)에 의해 활성화된다. 상기 연결은 여기서 명백히 또한 모듈 B와 유사하게 실현되는데, 이는 모든 저장 셀들(12)이 오직 동일하게만 방전될 수 있음을 의미한다. 그러나 이는 단지 예시로서 일 실시예를 제시한다. 모듈 A-C의 모든 구상들은 의지에 따라 서로 결합될 수 있음은 말할 필요도 없다.

여기에서 설명되지 않은 다른 변경에서는, 모듈, 즉 단일 분리 증폭기가 여러 저장 셀들에 동일한 방전 명령을 전달할 수 있는, 여러 저장 셀들이 제공되고 있다.

결과적으로, 본 발명은, 그것들의 회로가 많은 비용을 들이지 않고 확장될 수 있는 한, 저장 장치를 방전하기 위해 이미 존재하는 바이패스 전기 어셈블리를 사용하게 한다. 상기 확장은 따라서, 이미 언급한 바와 같이, 예를 들어 광커플러(18)와 같은 분리 증폭기에 의해 또는 또한 유도 커플링(24)에 의해 실현될 수 있다. 바이패스 전자장치는 제어 장치(22)에 의해 그리고 갈바니화(galvanisation)에 의한 높은 동작 전압으로부터 서로에게서 그리고 외부 환경에서 바이패스 전자장치를 분리시킬 수 있는 분리 증폭기에 의해 모듈 외부로부터의 또는 전체 저장 장치의 작은 신호 전압과 연결될 수 있다. 상기 스위칭 모드는 수퍼커패시터 셀들(12)이 완전히 방전될 때까지 또는 상기 시스템(10)의 전체 전압이 안전한 값으로 되돌아 올 때까지 유지될 수 있다. 이미 언급한 바와 같이, 다양한 셀들(12), 전체 모듈의 전압 또는 시스템의 전체 전압은 또한 버스(20)에 의해 검출될 수 있다. 모든 셀들이 그 자체적으로 방전되기 때문에, 따라서 커패시터들(12)의 극성 반전에 대한 위험이 없다. 바이패스 전자장치의 누설 전류(leakage current) 1A를 이용하여, 상기 셀 전압은 그러면 수치 상의 예를 이용하여 저장 장치가 약 2시간 동안 방전된 것으로 여겨질 수 있도록 50분 동안 1V로 줄어든다. 사용되는 전기 부하에 따라 다른 누설 전류들이 발생함은 또한 말할 필요도 없다.

여기서 생산되는 열 에너지는 저장 장치 또는 모듈의 냉각에 의해 배출될 수 있는데, 냉각은 보통 이러한 시스템에 적절한 것이다. 결과적으로, 추가적인 예방 방법들이 취해질 필요가 없다.

Claims

각각 동작 전압(operating voltage)을 가지는 복수의 저장 셀들(12)을 포함하며, 한편 스위칭 소자(16)뿐만 아니라 전기 부하(14)가 저장 셀(storage cell, 12)에 병렬인 부하(14)와 직렬로 배치되고, 한편 상기 스위칭 소자(16)는 임계 전압에 도달하거나 임계 전압을 초과할 때 닫히는 전기 에너지 저장 시스템(10)에 있어서,
상기 저장 셀(12)이 상기 전기 부하(14)에 의해 방전되는 것과 같은 방법으로 상기 스위칭 소자(16)를 제어하기 위해 배치되는 제어 장치(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 시스템(10).
청구항 1에 있어서,
상기 저장 셀(12)은 방전 전압 아래로 상기 전기 부하(14)에 의해 방전될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 시스템.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 스위칭 소자(16)는 비접촉 전송 장치(contact-free transmission device, 18, 24)에 의해 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 비접촉 전송 장치는 분리 증폭기(isolation amplifier, 18, 24), 특히 광커플러(optocoupler, 18)인 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 비접촉 전송 장치(18, 24)는 상기 복수의 저장 셀들(12)로부터의 각각의 저장 셀에 할당되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 비접촉 전송 장치(18, 24)는 상기 저장 셀(12)에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 비접촉 전송 장치는 복수의 저장 셀들(12)에 할당되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 비접촉 전송 장치는 상기 제어 장치에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 시스템.
앞선 청구항들 중 어느 항에 있어서,
상기 스위칭 소자(16)의 제어는 상기 임계 전압에 영향을 주는 것을 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 시스템.
청구항 1 내지 8 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 스위칭 소자(16)는 상기 제어 장치(22)에 의해 닫힐 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 시스템.
앞선 청구항들 중 어느 항에 있어서,
상기 제어 장치(22)는 버스 라인(20)에 의해 상기 스위칭 소자(16)에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 시스템.
앞선 청구항들 중 어느 항에 있어서,
상기 부하는 저항(14)이고/이거나 상기 저장 셀(12)은 수퍼커패시터(supercapacitor, 12)인 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 시스템.
앞선 청구항들 중 어느 항에 있어서,
상기 스위칭 소자는 임계 스위치(16)인 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 시스템.
앞선 청구항들 중 어느 항에 있어서,
상기 시스템(10)은 에너지 저장 장치, 특히 하이브리드 구동기들(hybrid drives)에 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 시스템.
부하(14)와 직렬로 배치되는 스위칭 소자(16)뿐만 아니라 저장 셀에 병렬로 배치되는 전기 부하(14)를 가지며, 한편 상기 스위칭 소자(16)는 임계 전압에 도달하거나 임계 전압을 초과할 때 닫히는 전기 에너지 저장용 저장 셀(12)에 있어서,
상기 스위칭 소자(16)는 상기 저장 셀(12)의 전압이 방전 전압으로 또는 방전 전압 이하로 떨어지는 것과 같은 방법으로 비접촉 전송 장치(18,24)에 의해 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장용 저장 셀(12).