KR20140067621A - 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템 - Google Patents

축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템은, 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 전력 변환기; N개의 축전지의 충전 또는 방전을 관리하기 위한 축전지 관리기; 및 상기 축전지 관리기를 제어하기 위한 제어기;를 포함한다. 또한, 상기 축전지 관리기는, 상기 N개의 축전지 각각을 개별적으로 관리하는 개별 관리부; 및 상기 N개의 축전지를 집합으로 관리하는 집합 관리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예의 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템에 따르면, 축전지의 수명에 직접적이고 많은 영향을 주는 화학적 열화를 진단하고, 재생하는 것에 의해 축전지의 수명을 연장할 수 있다.

Description

축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템{Power Converting System with Diagnostic or Regeneration Function for Battery}
본 발명은 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극이 산화되어 축전지 내부의 임피던스 성분이 커져 축전지로서의 기능을 상실하게 된 축전지를 진단 또는 재생할 수 있는 전력 변환 시스템에 관한 것이다.
계통 및/또는 축전지의 전력을 부하로 공급하기 위한 전력 변환 시스템 등에 사용되는 축전지가 열화되는 현상을 보면 크게 물리적 열화와 화학적 열화로 구분할 수 있다. 물리적 열화는 장기간의 충·방전, 높은 온도 환경에서의 사용으로 인해 극판의 부식이 증가하고 팽창·수축이 반복되면서 결국은 극판이 박리·탈락·격자의 완곡 등이 되는 현상을 의미한다. 또한, 화학적 열화는 충·방전의 반복으로 극판에 전도성이 나쁜 황산화납 결정이 생성되어, 결과적으로 극판 활성면이 감소함으로써 열화하는 것을 의미한다.
방전한 축전지를 방치하거나, 축전지를 만충전 상태에서 전혀 방전시키지 않은 경우에도 축전지 내부에서는 화학 반응이 일어나고 시간의 경과와 함께 축전지의 용량이 자기 방전에 의해 저하한다. 따라서, 장기간에 걸쳐서 방치된 축전지는 자기 방전에 의해 과방전 상태가 되며, 황산화(sulfation) 물질이 형성되어, 내부 임피던스가 증가하게 되어 축전지의 기능을 상실하게 된다.
일반적으로 사용되는 전력 변환 시스템에는 축전지 상태에 대한 별도의 진단이나 대책을 마련할 수 없고, 수명에 직접적이고 많은 영향을 주는 화학적 열화에 대한 별도의 대책이 세워져 있지 않아 축전지의 수명이 매우 짧아지는 단점이 있다.
1. 국내 특허 공개 번호 10-2005-0003923 : 임피던스 측정기술을 이용한 배터리팩 검사 방법 2. 국내 특허 공개 번호 10-2011-0077774 : 배터리 팩 관리 장치 및 방법
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는 데 목적이 있는 발명으로서, 축전지의 수명에 직접적이고 많은 영향을 주는 화학적 열화를 진단하고, 재생하는 것에 의해 축전지의 수명을 연장할 수 있는 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템은, 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 전력 변환기; N개의 축전지의 충전 또는 방전을 관리하기 위한 축전지 관리기; 및 상기 축전지 관리기를 제어하기 위한 제어기;를 포함한다.
상기 축전지 관리기는, 상기 N개의 축전지 각각을 개별적으로 관리하는 개별 관리부; 및 상기 N개의 축전지를 집합으로 관리하는 집합 관리부;를 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 개별 관리부는, 상기 N개의 축전지 각각의 정보를 검출하는 개별 정보 검출 유닛; 및 상기 N개의 축전지 각각을 개별적으로 충전하기 위한 전원을 공급하는 개별 충전 전원 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 집합 관리부는, 상기 N개의 축전지 집합으로부터 정보를 검출하는 집합 정보 검출 유닛; 및 상기 N개의 축전지 집합을 충전하기 위한 전원을 공급하는 집합 충전 전원 유닛;을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제어기는, 상기 집합 충전 전원 유닛 또는 상기 개별 충전 전원 유닛으로부터의 출력 중 하나를 이용하여 상기 N개의 축전지 집합 또는 일부를 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 개별 충전 전원 유닛은, 일정 주파수 이상의 펄스 전원을 생성하는 것이 바람직하다.
구체적으로 상기 축전지 관리기는, 상기 집합 충전 전원 유닛으로부터의 출력을 이용하여 상기 N개의 축전지 집합을 제 1 전류값에 의해 제 1 전압값에 도달할 때까지 상기 N개의 축전지를 충전하는 것을 특징으로 한다. 상기 제어기는, 상기 제 1 전압값에 도달한 시간을 산출하는 것에 의해 상기 N개의 축전지 집합의 이상 여부를 판단한다. 또한, 상기 축전지 관리기는, 상기 N개의 축전지 각각에 대해 개별 관리부 또는 집합 관리부 중 하나를 선택하기 위한 스위치부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게는 상기 제어기는, 상기 집합 정보 검출 유닛으로부터의 정보에 의해 상기 N개의 축전지 집합이 이상으로 판단될 경우, 상기 개별 정보 검출 유닛을 이용하여 상기 N개의 축전지 중 이상 축전지를 검출하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제어기는, 상기 이상 축전지로 판단된 축전지는 상기 개별 충전 전원 유닛을 이용하여 충전하고, 상기 이상 축전지로 판단되지 않은 축전지는 집합 충전 전원 유닛을 이용하여 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 상기 스위치부는, N개의 스위치를 포함하는 제 1 스위치군, N개의 스위치를 포함하는 제 2 스위치군 및 N개의 스위치를 포함하는 제 3 스위치군을 포함하되, 상기 N개의 제 1 스위치군의 스위치 중 하나 제 1 스위치, 상기 N개의 축전지 중 하나 및 상기 N개의 제 2 스위치군의 스위치 중 하나 제 2 스위치는 차례로 직렬로 연결되고, 상기 N개의 제 3 스위치군의 스위치 중 하나 제 3 스위치는, 차례로 직렬로 연결된 상기 제 1 스위치, 상기 N개의 축전지 중 하나 및 상기 제 2 스위치와 병렬로 연결된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어기는, 상기 집합 정보 검출 유닛으로부터의 정보에 의해 상기 N개의 축전지 집합이 이상으로 판단될 경우, 상기 N개의 축전지 중 하나와 직렬로 연결된 상기 제 1 스위치및 상기 제 2 스위치는 턴 오프하고, 상기 제 3 스위치는 턴 온하는는 것이 바람직하다. 아울러 상기 제어기는, 상기 N개의 축전지 중 하나와 직렬로 연결된 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는 턴 오프하고, 상기 제 3 스위치는 턴 온하는 것에 의해 상기 개별 정보 검출 유닛을 동작시키는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 상기 제어기는, 상기 개별 정보 검출 유닛에 의해 상기 N개의 축전지 중 하나의 정보를 검출한 결과, 상기 N개의 축전지 중 하나가 이상으로 판단된 경우, 상기 개별 충전 전원 유닛을 이용하여 상기 N개의 축전지 중 하나를 충전하도록 제어한다. 또한, 상기 제어기는, 상기 개별 정보 검출 유닛에 의해 상기 N개의 축전지 중 하나의 정보를 검출한 결과, 상기 N개의 축전지 중 하나가 정상으로 판단된 경우, 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는 턴 온하고, 상기 제 3 스위치는 턴 오프하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예의 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템에 따르면, 축전지의 수명에 직접적이고 많은 영향을 주는 화학적 열화를 진단하고, 재생하는 것에 의해 축전지의 수명을 연장할 수 있다.
도 1은 일반적인 축전지의 특성 곡선.
도 2는 축전기의 간단한 모델링에 의해 충전 설명도.
도 3은 방전한 축전지를 일정 전류로 충전한 때의 단자 전압과 전해액의 비중 변화도.
도 4는 축전지 충전시의 시간에 따른 충전 전압 및 충전 전류 그래프.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 축전지 수명의 이상 여부를 판단하기 위한 방법의 흐름도.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템의 구성도.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스위치부의 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일실시예에 따른 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 하기의 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다.
먼저, 도 1은 일반적인 축전지의 특성 곡선을 나타낸다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이 축전지가 정상적인 경우(t1)에는 축전지 내부의 임피던스가 기준선을 유지한다. 그러나, 수명 말기(t2)가 되면 축전지 내부의 임피던스가 급격히 변하게 되어, 축전지 용량이 정격의 80% 수준에 도달하면 내부 임피던스는 기준 대비 30% 이상 올라가게 된다.
도 2는 축전기의 간단한 모델링에 의해 충전 설명도이다. 축전지를 충전기를 이용하여 충전하면, 전해액의 비중은 올라가고, 축전지의 단자 전압도 상승하게 된다.
도 3은 방전한 축전지를 일정 전류로 충전한 때의 단자 전압과 전해액의 비중의 변화를 나타내는 것으로 전압은 충전 초기에 급격히 상승하고, 당분간은 완만한 상승을 계속하고, 어떤 시기(단자 전압이 2.3 - 2.4V 정도)에 달하면 급격히 전압 상승률이 높아지고, 그 후에는 재상승률이 둔화하여, 결국 일정 전압에 달하게 된다. 이 이상은 충전을 계속하여도 전압은 상승하지 않고 충전이 완료되므로, 이때에는 정전압을 유지해 주어야 한다.
도 4는 축전지의 충전시의 시간에 따른 충전 전압 및 충전 전류의 그래프를 나타낸다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 축전지를 충전하기 위해 임의로 설정한 충전 전류(정전류)를 흘리게 되면 축전지의 충전 전압(Vchg)은 축전지 단자 전압에 축전지 내부 저항(Rs)에 의해 전압 강하가 일어난 부분이 더해져 설정되게 된다. 즉, Vchg(충전 전압) = V(단자 전압) + I(충전 전류) * 축전지 내부저항(Rs)이 된다.
축전지가 정상적인 경우에는 도 1에서 설명한 바와 같이 충전기의 내부 임피던스가 낮으므로, 도 4와 같이 충전을 하는 경우, 축전지 내부의 충전 곡선은 일정한 충전 시간이 걸려야 충전이 이루어지게 된다. 그러나, 축전지가 수명 말기가 되어 축전지 내부의 임피던스가 증가하게 되면 축전지 내부의 충전 곡선은 보다 빠른 시간 내에 충전 전압에 도달하게 된다. 즉, 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이 충전기로부터 축전지로 충전을 위해 전류가 흐르면, 충전 전압이 상승하게 된다.
본 발명에서는 축전지의 충전을 수행하면서 축전지의 내부 임피던스를 판단하여 축전지 수명을 진단하게 되므로, 충전 전압을 읽어 이를 적산하여 시간을 계산하게 된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템에 사용되는 축전지 수명의 이상 여부를 판단하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 축전지 수명의 이상 여부를 판단 방법은, 설정된 전류값에 의해 축전지(BATT)를 충전하는 단계(S10), 설정된 전압값에 도달했는 지 여부를 판단하는 단계(S20), 설정된 전압값에 도달하였다면, 충전 시간이 설정된 시간 이상인지를 판단한다(S30). 다음으로 충전 시간이 설정된 시간 이상이면 축전지(BATT)를 수명 정상으로 판단하고(S40), 충전 시간이 설정된 시간 미만이면 축전지(BATT)를 수명 이상으로 판단한다(S50).
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템의 구성도이다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템은 전력 변환기(10), 인버터(20), 제어기(30) 및 축전지 관리기(40)를 포함한다.
먼저, 전력 변환기(10)는 계통 전원으로부터 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 역할을 한다. 다음으로, 인버터(20)는 전력 변환기(10)로부터 출력되는 직류 직원을 교류 전원으로 변환하여 부하로 공급한다. 즉, 인버터(20)는 일정 주기(예를 들면 15KHz)를 가진 고주파로 전원을 스위칭하는 것에 의해 입력되는 전압과 무관한 깨끗한 정현파 전원으로 변환하여 부하에 전력을 공급할 수 있다.
또한, 전력 변환기(10)의 출력을 이용하여 정전압 및 정전류 방식으로 축전지(BATT)를 충전할 수 있다.
다음으로, 제어기(30)는 축전지 관리기(40)를 제어하는 역할을 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 축전지 관리기(40)는, N개의 축전지(BATT)의 충전 또는 방전을 관리하는 역할을 한다. 본 발명의 축전지 관리기(40)는, 개별 관리부(41), 집합 관리부(42) 및 스위치부(43)를 포함한다.
구체적으로, 개별 관리부(41)는 N개의 축전지(BATT) 각각을 개별적으로 관리하는 역할을 하며, 개별 정보 검출 유닛(411) 및 개별 충전 전원 유닛(412)을 포함한다. 개별 정보 검출 유닛(411)은 N개의 축전지(BATT) 각각의 정보를 검출하고, 개별 충전 전원 유닛(412)은 N개의 축전지(BATT) 각각을 개별적으로 충전하기 위한 전원을 공급한다.
또한, 집합 관리부(42)는, 집합 정보 검출 유닛(421) 및 집합 충전 전원 유닛(422)을 포함한다. 집합 정보 검출 유닛(421)은 N개의 축전지(BATT) 집합으로부터 정보를 검출하고, 집합 충전 전원 유닛(422)은 N개의 축전지(BATT) 집합을 충전하기 위한 전원을 공급하는 역할을 한다.
구체적으로, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 집합 정보 검출 유닛(421)은, N개의 축전지(BATT)를 하나의 집합으로 하여, 즉, 하나의 단위로 하여 N개의 축전지(BATT)의 전체적인 정보를 검출하는 역할을 한다. 특히, 집합 정보 검출 유닛(421)이 검출하는 정보로는 전압, 전류 및 온도를 그 예로 들 수 있으며, 검출된 정보를 제어기(30)가 이용할 수 있도록 한다.
본 발명에서 개별 관리부(41) 및 집합 관리부(42)에 개별 정보 검출 유닛(411) 및 집합 정보 검출 유닛(421)을 각각 별도로 구비한 것은, 개별 정보 검출 유닛(411)을 항상 온 상태로 유지하는 것은 N개의 축전지(BATT) 각각으로부터 전압, 전류 및 온도값 등의 정보를 검출해야 하는 까닭에 전력 소비의 문제가 있어, N개의 축전지(BATT)를 하나의 집합으로 하여 집합 정보 검출 유닛(421)에 의해 먼저 1차적인 이상 여부를 판단한 후, 개별 정보 검출 유닛(411)에 의해 실제 이상이 발생한 개별 축전지(BATT)를 가려내기 위함이다.
결과적으로, 본 발명의 전력 변환 시스템은, 제어기(30)의 제어에 의해 집합 충전 전원 유닛(422) 또는 개별 충전 전원 유닛(412)으로부터의 출력 중 하나를 이용하여 N개의 축전지(BATT) 집합 또는 일부를 충전하게 된다. 즉, 제어기(30)는 개별 정보 검출 유닛(411) 또는 집합 정보 검출 유닛(421)으로부터의 정보를 이용하여, 개별 충전 전원 유닛(412) 또는 집합 충전 전원 유닛(422)을 동작시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어기(30)는, 집합 충전 전원 유닛(422)으로부터의 출력을 이용하여 N개의 축전지(BATT) 집합을 제 1 전류값에 의해 제 1 전압값에 도달할 때까지 N개의 축전지(BATT)를 충전하도록 제어하고, 제 1 전압값에 도달한 시간을 산출하는 것에 의해 N개의 축전지(BATT) 집합의 이상 여부를 판단하게 된다. 구체적으로, 제어기(30)는, 집합 정보 검출 유닛(421)으로부터의 정보에 의해 N개의 축전지(BATT) 집합이 이상으로 판단될 경우, 개별 정보 검출 유닛(411)을 이용하여 N개의 축전지(BATT) 중 이상 축전지(BATT)를 검출한다. 또한, 제어기(30)는 이상 축전지(BATT)로 판단된 축전지(BATT)는 개별 충전 전원 유닛(412)을 이용하여 충전하고, 이상 축전지(BATT)로 판단되지 않은 축전지(BATT)는 집합 충전 전원 유닛(422)을 이용하여 충전하도록 제어한다.
또한, 본 발명은 개별 충전 전원 유닛(412)은, 일정 주파수 이상의 펄스 전원을 생성하여, 이상으로 판단된 축전지(BATT)에 공급하는 것에 의해 축전지(BATT)를 재생할 수 있다.
아울러, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스위치부(43)는, N개의 축전지(BATT) 각각에 대해 개별 관리부(41) 또는 집합 관리부(42) 중 하나를 선택할 수 있도록 한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스위치부(43)의 구성도를 나타낸다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 스위치부(43)는, N개의 스위치를 포함하는 제 1 스위치군(SW1), N개의 스위치를 포함하는 제 2 스위치군(SW2) 및 N개의 스위치를 포함하는 제 3 스위치군(SW3)를 포함한다. 구체적으로, 제 1 스위치군(SW1) 중 하나인 제 1 스위치, N개의 축전지(BATT) 중 하나 및 제 2 스위치군(SW2) 중 하나인 제 2 스위치는 차례로 직렬로 연결되고, 제 3 스위치군(SW3) 중 하나인 제 3 스위치는, 직렬로 연결된 제 1 스위치, N개의 축전지(BATT) 중 하나 및 제 2 스위치와 병렬로 연결된 것을 특징으로 한다.
구체적으로 본 발명의 스위치부(43)의 동작을 살펴보면, 집합 정보 검출 유닛(421)으로부터의 정보에 의해 제어기(30)가 N개의 축전지(BATT) 집합이 이상으로 판단할 경우, 제어기(30)는 N개의 축전지(BATT) 중 하나와 직렬로 연결된 제 1 스위치 및 제 2 스위치는 턴 오프하고, 제 3 스위치는 턴 온하게 된다.
즉, N개의 축전지(BATT) 중 하나와 직렬로 연결된 제 1 스위치 및 제 2 스위치는 턴 오프하고, 제 3 스위치는 턴 온하는 것에 의해 개별 관리부(41)의 개별 정보 검출 유닛(411) 및 개별 충전 전원 유닛(412)과 N개의 축전지(BATT)가 개별적으로 연결되게 된다.
또한, 제어기(30)는, 개별 정보 검출 유닛(411)에 의해 N개의 축전지(BATT) 중 하나의 정보를 검출한 결과, N개의 축전지(BATT) 중 하나가 이상으로 판단된 경우, 개별 충전 전원 유닛(412)을 이용하여 N개의 축전지(BATT) 중 하나를 충전하도록 제어한다.
구체적으로 제어기(30)는, N개의 축전지(BATT) 중 제 1 축전지(BATT1)와 각각 상하로 연결된 제 1 스위치군(SW1)의 스위치 및 제 2 스위치군(SW2)의 스위치의 턴 오프, 그리고 이와 병렬로 연결된 제 3 스위치군(SW3)의 스위치를 턴 온하도록 제어한다. 다음으로 제어기(30)는, N개의 축전지 중 제 1 축전지(BATT1)와 각각 상하로 연결된 제 1 스위치군(SW1)의 스위치 및 제 2 스위치군(SW2)의 스위치의 턴 온, 그리고 이와 병렬로 연결된 제 3 스위치군(SW3)의 스위치를 턴 오프하고, N개의 축전지(BATT) 중 제 2 축전지(BATT2)와 상하로 연결된 제 1 스위치군(SW1)의 스위치 및 제 2 스위치군(SW2)의 스위치의 턴 오프, 그리고 이와 병렬로 연결된 제 3 스위치군(SW3)의 스위치를 턴 온하도록 제어한다. 이렇게 제어기(30)가, 제 1 축전지(BATT1)로부터 제 N 축전지(BATTN)까지의 축전지(BATT)와 상하로 연결된 제 1 스위치군(SW1)의 스위치 및 제 2 스위치군(SW2)의 스위치, 그리고 제 3 스위치군(SW3)의 스위치를 순차적으로 온/오프를 제어하는 것에 의해, 어떤 축전지(BATT1)가 이상 축전지인지 판단할 수 있다.
구체적으로, 제어기(30)는, 개별 정보 검출 유닛(411)에 의해 N개의 축전지(BATT) 중 하나의 정보를 검출한 결과, N개의 축전지(BATT) 중 하나가 정상으로 판단된 경우, 제 1 스위치군(SW1) 중 하나의 스위치 및 제 2 스위치군(SW2) 중 하나의 스위치는 턴 온하고 제 3 스위치군(SW3) 중 하나의 스위치는 턴 오프하는 것에 의해 해당 축전지와 집합 관리부(42)를 다시 연결하게 된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템의 동작에 대해 정리하면 다음과 같다.
먼저, 전력 변환기(10)의 출력을 인버터(20)를 거쳐 부하에 공급하게 된다. 또한, 계통으로부터 전원이 인가되지 않는 등의 비상 시에는 전력 변환기(10)의 출력을 이용하여 충전된 축전지의 출력을 부하에 공급하게 된다.
다만, 축전지 수명의 이상 여부를 판단하여, 축전지를 재생할 필요가 있다. 축전지(BATT) 수명의 이상 여부의 판단을 위해, 집합 충전 전원 유닛(422)의 출력을 이용하여 제 1 전류값으로 제 1 전압값까지 N개의 축전지(BATT)를 충전하게 되고, 집합 정보 검출 유닛(421)을 이용하여 N개의 축전지(BATT) 집합(N개의 축전지(BATT) 전체를 하나의 단위로)의 전류, 전압 및 온도 등을 검출하게 된다. 제어기(30)는 집합 정보 검출 유닛(421)으로부터 검출된 N개의 축전지(BATT) 집합의 전류 및 전압을 이용하여, N개의 축전지(BATT) 집합이 제 1 전압값에 도달한 시간을 산출하게 된다.
제어기(30)에 의해 산출된 제 1 전압값에 도달한 시간이 일정 시간 미만인 경우, N개의 축전지(BATT) 집합에 포함된 축전지(BATT) 중 일부가 이상인 상태이므로, 제어기(30)는 개별 정보 검출 유닛(411)을 이용하여 N개의 축전지(BATT) 각각에 대해 제 2 전류값에 의한 제 2 전압값까지 충전하는 동안의 전압 및 전류를 검출한다. 검출된 전압 및 전류 정보에 의해 최종적으로 제어기(30)는 N개의 축전지(BATT) 각각이 제 2 전압값까지 도달한 시간을 산출하여, 제 2 전압값까지 도달한 시간이 일정 시간 미만인 축전지(BATT)를 최종적으로 이상 축전지(BATT)로 판단하게 된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템은, 이상 축전지(BATT)로 판단된 축전지(BATT)는 개별 충전 전원 유닛(412)을 이용하여 충전하고, 이상 축전지(BATT)로 판단되지 않은 축전지(BATT)는 집합 충전 전원 유닛(422)을 이용하여 충전하는 것에 의해 이상 축전지(BATT) 이외의 정상으로 판단된 축전지(BATT)는 이상 축전지(BATT)의 재생 여부에 상관없이 계속적으로 동작하도록 하는 것에 그 특징이 있다.
또한, 이상 축전지(BATT)를 대상으로 이상 축전지(BATT)의 산화(sulfation)를 환원하기 위한 개별 충전 전원 유닛(412)을 이용하여 고주파 펄스에 의해 충전을 실시하게 되면, 이상 축전지(BATT) 내부의 극판에서는 전극을 형성하는 파티클(particle)들이 펄스 충전에 따라 에너지 준위를 키웠다 줄였다를 반복하면서 활성화 과정을 밟게 되며, 황산화된 이물질들은 전극판에서 박리 현상을 일으키게 된다. 이러한 박리 현상에 의해 산화된 이물질이 극판에서 떨어지게 되고 전극은 본래의 기능을 회복하게 된다. 회복이 이루어져 축전지(BATT)의 내부 임피던스가 정상값으로 돌아오면, 더이상 이상 축전지(BATT)가 아니므로, 전력 변환기(10)의 출력을 이용하여 해당 축전지(BATT)를 충전하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템에 따르면 축전지의 수명에 직접적이고 많은 영향을 주는 화학적 열화를 진단하고, 재생하는 것에 의해 축전지의 수명을 연장할 수 있음을 알 수 있다.
10 : 전력 변환기 20 : 인버터
30 : 제어기 40 : 축전지 관리기
41 : 개별 관리부 42 : 집합 관리부
43 : 스위치부
411 : 개별 정보 검출 유닛 412 : 개별 충전 전원 유닛
421 : 집합 정보 검출 유닛 422 : 집합 충전 전원 유닛
SW1 : 제 1 스위치군 SW2 : 제 2 스위치군
SW3 : 제 3 스위치군 BATT: 축전지

Claims (16)

  1. 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 전력 변환기;
    N개의 축전지의 충전 또는 방전을 관리하기 위한 축전지 관리기; 및
    상기 축전지 관리기를 제어하기 위한 제어기;를 포함하는 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 축전지 관리기는,
    상기 N개의 축전지 각각을 개별적으로 관리하는 개별 관리부; 및
    상기 N개의 축전지를 집합으로 관리하는 집합 관리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 개별 관리부는,
    상기 N개의 축전지 각각의 정보를 검출하는 개별 정보 검출 유닛; 및
    상기 N개의 축전지 각각을 개별적으로 충전하기 위한 전원을 공급하는 개별 충전 전원 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 집합 관리부는,
    상기 N개의 축전지 집합으로부터 정보를 검출하는 집합 정보 검출 유닛; 및
    상기 N개의 축전지 집합을 충전하기 위한 전원을 공급하는 집합 충전 전원 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 집합 충전 전원 유닛 또는 상기 개별 충전 전원 유닛으로부터의 출력 중 하나를 이용하여 상기 N개의 축전지 집합 또는 일부를 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 개별 충전 전원 유닛은,
    일정 주파수 이상의 펄스 전원을 생성하는 것을 특징으로 하는 축전지의 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 축전지 관리기는,
    상기 집합 충전 전원 유닛으로부터의 출력을 이용하여 상기 N개의 축전지 집합을 제 1 전류값에 의해 제 1 전압값에 도달할 때까지 상기 N개의 축전지를 충전하는 것을 특징으로 하는 축전지의 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제 1 전압값에 도달한 시간을 산출하는 것에 의해 상기 N개의 축전지 집합의 이상 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 축전지의 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 축전지 관리기는,
    상기 N개의 축전지 각각에 대해 개별 관리부 또는 집합 관리부 중 하나를 선택하기 위한 스위치부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지의 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 집합 정보 검출 유닛으로부터의 정보에 의해 상기 N개의 축전지 집합이 이상으로 판단될 경우, 상기 개별 정보 검출 유닛을 이용하여 상기 N개의 축전지 중 이상 축전지를 검출하는 것을 특징으로 하는 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 이상 축전지로 판단된 축전지는 상기 개별 충전 전원 유닛을 이용하여 충전하고, 상기 이상 축전지로 판단되지 않은 축전지는 집합 충전 전원 유닛을 이용하여 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    N개의 스위치를 포함하는 제 1 스위치군, N개의 스위치를 포함하는 제 2 스위치군 및 N개의 스위치를 포함하는 제 3 스위치군을 포함하되,
    상기 N개의 제 1 스위치군의 스위치 중 하나 제 1 스위치, 상기 N개의 축전지 중 하나 및 상기 N개의 제 2 스위치군의 스위치 중 하나 제 2 스위치는 차례로 직렬로 연결되고,
    상기 N개의 제 3 스위치군의 스위치 중 하나 제 3 스위치는, 차례로 직렬로 연결된 상기 제 1 스위치, 상기 N개의 축전지 중 하나 및 상기 제 2 스위치와 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 집합 정보 검출 유닛으로부터의 정보에 의해 상기 N개의 축전지 집합이 이상으로 판단될 경우, 상기 N개의 축전지 중 하나와 직렬로 연결된 상기 제 1 스위치및 상기 제 2 스위치는 턴 오프하고, 상기 제 3 스위치는 턴 온하는 것을 특징으로 하는 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 N개의 축전지 중 하나와 직렬로 연결된 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는 턴 오프하고, 상기 제 3 스위치는 턴 온하는 것에 의해 상기 개별 정보 검출 유닛을 동작시키는 것을 특징으로 하는 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 개별 정보 검출 유닛에 의해 상기 N개의 축전지 중 하나의 정보를 검출한 결과, 상기 N개의 축전지 중 하나가 이상으로 판단된 경우, 상기 개별 충전 전원 유닛을 이용하여 상기 N개의 축전지 중 하나를 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 개별 정보 검출 유닛에 의해 상기 N개의 축전지 중 하나의 정보를 검출한 결과, 상기 N개의 축전지 중 하나가 정상으로 판단된 경우, 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는 턴 온하고, 상기 제 3 스위치는 턴 오프하는 것을 특징으로 하는 축전지 진단 또는 재생 기능을 가진 전력 변환 시스템.
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