KR20150099544A - 용량성 효과를 통하여 에너지를 저장하기 위한 모듈을 특성화하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

용량성 효과를 통하여 에너지를 저장하기 위한 모듈을 특성화하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용량성 효과를 통해 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 요소(102)를 특성화시키기 위한 장치(106)에 관한 것이다. 상기 장치(106)는 상기 저장 소자(102)의 전압을 측정하는 수단(108, 110) 및 동일 차수 크기의 응답 시간을 가지는 상기 저장 소자(102)의 전류를 측정하는 수단(112, 114)을 포함한다. 상기 장치(106)는 또한 수단들(108-114)을 제어하는 제어 수단(126); 및 측정값으로부터, 통계적 변수를 계산하기 위한 계산 수단(124)을 포함한다. 상기 제어 수단(126)은 전압 측정 주기와 전류 측정 주기가 전압 측정 주기 및 상기 전류 측정 주기를 포함하는 전체 주기의 적어도 70% 이상, 특히 90% 이상을 중첩하도록, 상기 수단들(108-114)을 제어하도록 구성된다. 또한, 본 발명은 용량성 효과를 통해서 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 소자(102)를 특성화시키기 위한 방법 그리고 용량성 효과를 통해 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 저장 요소(102)와 본 발명에 따른 특성화 장치(106)를 포함하는 에너지 저장 어셈블리(100)에 관한 것이다.

Description

용량성 효과를 통하여 에너지를 저장하기 위한 모듈을 특성화하기 위한 방법 및 장치 {Method and device for characterizing a module for storing energy via a capacitive effect}
본 발명은 용량성 효과를 통하여 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 소자를 특성화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 분야는 용량성 효과를 통하여 에너지 저장 수단용 특성화 지표를 결정하는 분야이며, 더욱 상세하게는 용량성 효과를 통한 전기화학적 에너지 저장 수단 분야이며, 더욱더 상세하게는 통상적으로 슈퍼 캐패시터 또는 울트라 캐패시터로 불리는 에너지 저장 수단 분야이다.
이론물리학적으로는 용량성 효과를 통한 전기화학적 에너지 저장 소자는 캐커패시턴스(C)의 완벽한 캐패시터 처럼 행동하는 것으로 생각되었다. 그러나 실험은 전기화학 소자 내에서 다수의 간섭 현상이 일어남을 제시해왔다. 또한 실험은, 저장 소자의 사용 범위에서 실제 의미있는 하나의 간섭 효과는 주울 효과(Joule effect)에 의한 에너지 손실임을 보여왔다. 이 현상은 캐패시턴스(C)를 가지는 완벽한 커패시터에 직렬하는 등가 직렬 저항(equivalent series resistance; ESR)에 추가함으로써 모델화된다.
용량성 효과를 통한 전기화학 에너지 저장 소자 하나 또는 그 이상을 이용하는 어플리케이션의 최적의 안전한 동작을 위해서, 각 저장 소자의 충전 상태(state of charge:SOC) 또는 잔존수명 상태(state of health:SOH)로 불리는, 각 저장 소자에 의해 저장된 에너지량과 같은, 각각의 저장 소자를 특성화시키는 지표를 아는 것이 중요하다.
각 저장 소자에 대한 이들 지표들의 결정은 다수의 고유 매개변수에 의존하는데, 이중 가장 중요한 것은 C와 ESR 값이다. 이들 각각의 값은 압력, 온도 등과 같은 물리적 매개 변수에 의존하고 그리고 저장 소자 내에서의 시간 경과에 따른 변화량에 의존한다.
그러나, C 및 ESR에 대한 값을 결정하는 것은 저장 소자의 동작 변동을 고려할 것을 요구한다.
따라서, 저장 소자의 동작 지표를 획득하기 위해서, 현재의 방법 및 장치는, 특정 동작 범위에서의 C 및 ESR의 값을 결정하고, 거기서 저장 소자가 "완벽하게" 예측 가능한 거동을 보여야 하고; 표준 동작에서 임의의 특징을 생산하거나 가지는 것이 어려운 범위. 이것은, 현재의 방법 및 장치가, ESR 측정을 위해서 제어된 전류 천이형 +I/-I 또는 +I/0를 그리고 C를 측정하기 위해서 일정한 전류 I에서 제어된 충전 또는 방전형의, 특정 절차를 규칙적으로 적용하는, 이유이다.
그러나, 대부분의 어플리케이션에서, 이들 절차는, 예를 들면 자동차 어플리케이션과 같이, 저장 소자를 사용하는 어플리케이션이 동작 중일 때, 관찰하고/적용하는 것은 어렵다. 더구나, 이들 절차는 측정이 실시간으로 그리고 실제 조건 즉 본래의 장소(in situ)에서 이루어지는 것을 허락하지 않는다.
그 결과로서, 현재의 방법 및 장치는, 저장 소자를 사용하는 어플리케이션에 관계없이 본래의 장소에서 실제 동작 조건하에서 저장 소자를 사용하는 어플리케이션을 중지해야 할 필요 없이 용량성 저장 소자를 특성화시키는 것을 가능하지 않게 한다.
본 발명의 목적은 전술한 단점들을 극복하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 실제 동작 조건하에서, 저장 소자를 사용하는 어플리케이션을 중지할 필요 없거나 또는 특정 프로토콜을 구현할 필요 없이, 용량성 효과를 통한 에너지 저장 소자를 특성화시키는 것을 가능하게 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 본래의 장소에서(in situ) 용량성 효과를 통한 에너지를 저장하기 위한 소자를 특성화시키는 것을 가능하게 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
마지막으로, 본 발명의 다른 목적은, 상기 수단을 이용하는 어플리케이션과 관계없이 이용될 수 있는 용량성 효과를 통한 에너지를 저장하기 위한 소자를 특성화시키기는 것을 가능하게 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 특히 슈퍼 캐패시터, 또한 울트라 캐패시터로 불리는 용량성 효과를 통한 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 소자를 특성화시키기 위한 장치, 특히 에너지 저장 소자의 잔존수명 상태(SOH)에 관련된 데이터 항목 및/또는 충전 상태(SOC)에 관련된 데이터 항목을 결정하기 위한 장치를 사용하여 전술한 목적들 중의 적어도 하나를 달성하는 것을 가능하게 하는 것으로, 상기 장치는:
- 전압 센서로 불리는, 상기 소자의 전압을 측정하는 적어도 하나의 측정 수단을 포함하는, 적어도 하나의 전압 측정 모듈;
- 전류 센서로 불리는, 상기 소자의 전류를 측정하는 적어도 하나의 측정 수단을 포함하는, 적어도 하나의 전류 측정 모듈,
- 각 저장 소자에 대해서, 적어도 하나의 측정 사이클을 수행하기 위한, 상기 측정 모듈의 적어도 하나의 제어 수단, 및
- 상기 모듈들에 의한 적어도 하나의 측정 사이클 동안에 획득된 측정값으로부터 각 저장 소자에 관련된 변수를 통계적으로 계산하는 적어도 하나의 계산수단;을 포함하며,
- 상기 전압 측정 모듈 및 상기 전류 측정 모듈들(108-114)은 동일 차수 크기의 응답 역학으로 측정을 수행하도록 구성되며, 즉, 상기 모듈들(108-114)의 유니트-스텝 반응이 동일 시간 차수의 크기를 가지며;
- 상기 적어도 하나의 측정 사이클은, 전압 측정 주기로 불리는 시간 주기 동안의 상기 저장 소자의 터미널에서의 일련의 전압 측정들, 및 전류 측정 주기로 불리는 시간 주기 동안의 상기 저장 소자를 통과하는 일련의 전류 측정들을 포함하며; 그리고
- 여기서 적어도 하나의 제어 수단은, 각 저장 소자에 대해서, 상기 전압 측정 주기 및 상기 전류 측정 주기가, 시간면에서 상기 저장 소자에 대한 상기 측정 주기를 포함하는, 전체 주기로 불리는 시간 주기의 적어도 70%, 바람직하게는 90% 동안 중첩하도록, 상기 측정 모듈들을 제어하도록 더욱 구성된다.
통상적으로 Γ(t)로 표기되는, 스텝 형상의 입력 신호에 응답하여 얻어지는, S(t)로 표기되는 모듈의 출력단에서의 측정 신호는, 측정 모듈의 유니트-스텝 반응을 의미한다. 정의에 의하면, t<0이면 Γ(t) = 0 그리고 t ≥ 0이면 Γ(t) = 1.
측정 모듈의 구성 원리에 따르면, S(t)는 안정화된 또는 고정화된 측정값이라 불리는 상수 S∞로 접근하는 경향이 있다. 이 값은 예를 들면 아래와 같은, 유니트-스텝 반응의 주요한 시간적 특징을 정의하기 위한 기준으로 작용한다.:
- 상기 측정 신호가 안정화된 값 S∞의 주변 ±5% 내에 잔존하는데 필요한 시간으로 정의되는, Tr로 표시되는 반응 시간:
Figure pct00001
- 상기 측정 신호가 안정화된 값 S∞ 의 10% 에서 90%를 통과하는 데 필요한 시간으로 정의되는, Tm으로 표시되는 상승 시간(rise time):
Figure pct00002
- 상기 측정 신호가 안정화된 값 S∞의 50%에 도달하는데 필요한 시간으로 정의되는, Td로 표시되는 지연 시간:
Figure pct00003
만약, 상기 측정 사이클의 특성화 시간(δtm), 즉, 측정 사이클 동안에, 두 개의 전압 측정 간 및 두 개의 전류 측정 간의 시간 주기의 최소값에 대해서, 상기 전압 측정 모듈 SU(t)의 유니트-스텝 반응과 상기 전류 측정 모듈 SI(t)의 유니트-스텝 반응이 하기 관계에 의해서 연결된다면, 두 개의 유니트-스텝 반응들은 동일 차수 크기를 가지는 것으로 간주된다.:
Figure pct00004
바람직하게는, 상기 센서들은 아래와 같이 선택된다. :
- 상기 전류 및 전압 센서들의 응답 시간은 20% 미만, 특별히 10% 미만의 차이가 있거나, 또는
- 상기 전류 및 전압 센서들의 상승 시간 및 지연 시간은 20% 미만, 특별히 10% 미만의 차이가 있다.
시간 중첩의 개념을 설명하기 위해서, 일련의 측정이 t=0 에서부터 t=1s의 범위의 1s의 전체 주기에 걸쳐 이루어질 때, 상기 제어 수단이,
- t=0에서부터 t=0.8s(초)의 범위의 전압 측정 주기에 걸쳐서 일련의 전압 측정을 수행하기 위해서 상기 전압 측정 모듈을 제어하고, 그리고
- t=0.1s에서부터 t=1s의 범위의 전류 측정 주기에 걸쳐서 일련의 전류 측정을 수행하기 위해서 상기 전류 측정 모듈을 제어하는, 비한정적인 예가 도시된다.
이 경우에 있어서, 상기 전압 측정 주기 및 상기 전류 측정 주기는 시간적으로 전체 측정 주기 1s 에서, t=0.1s 에서부터 t=0.8s까지, 0.7s 동안 중첩하여, 전체 주기의 70%의 중첩을 제공한다.
본 발명에 따른 상기 특성화 장치는, 하나의 저장 소자에 대해서 또는 다수의 저장 소자 중의 각 개별 저장 소자에 대해서, 이 저장 소자에 대한 전체 측정 주기의 적어도 70%의 같은 주기 동안에 일련의 전압 및 전류 측정을 수행하는 것을 가능하게 한다.
추가로, 저장 소자에 대해 수행된 전압 및 전류 측정은 등가의 시간 프레임을 가진다. 하나의 동일 저장 소자에 대해서 전압 및 전류 측정 모듈 양자에 의해 측정된 물리적인 현실은 시간 측면에서는 동등하다. 실제, 이것은 상기 전압 측정 모듈 및 상기 전류 측정 모듈의 출력 데이터가 동등함을 의미하며, 그리고 특히 상기 측정 모듈의 상기 유니트-스텝 반응이 동일 시간 차수의 크기임을 의미한다.
이런 기준에 기초하여, 소정의 저장 소자에 대해 수행된 전류 및 전압 측정은, 따라서 통계적으로 호환 가능하며, 그리고 상기 저장 소자의 동작에 있어서 자연적으로 존재하는 상기 저장 소자의 동작상의 변동을 고려한다.
그 결과로서, 본 발명에 따른 장치는, 용량성 저장 소자의 동작상의 변동을 고려하기 위해서, 특정 절차를 수립할 필요 없이, 각 용량성 에너지 저장 수단의 특성화를 수행하는 것을 가능하게 한다. 또한, 본 발명에 따른 장치에 의해 행해진 상기 전류 및 전압 측정은 이 저장 소자를 사용하는 어플리케이션의 동작 중에 그대로 이루어진다.
따라서 본 발명에 따른 장치는, 자동차 어플리케이션을 포함하여, 상기 소자를 사용하는 어플리케이션에 관계없이, 실제 동작 조건하에서 본래의 장소에서(in situ), 상기 저장 소자를 이용하는 어플리케이션을 중지함 없이, 용량성 에너지 저장 소자를 특성화하는 것을 가능하게 한다.
바람직하게는, δt가 전체 측정 주기인 경우, δt≤1s는, 종래의 수식 U=ESR×I를 이용하여 용량성 효과의 영향을 방지하여 ESR을 결정하기 위해서, 허용가능한 일반적인 값이 될 수 있다.
바람직하게는 본 발명에서, 전압 및 전류 센서의 성능이 이것을 가능하게 할 때는 δt ≤0.2s 또는 더욱이 ≤0.05s 이다.
상기 제어 수단은, 적어도 하나의 전압 및 전류 측정이 동일 간격 δt≤0.1s 이내에서 이루어지도록 상기 전류 및 전압 측정을 제어하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 장치는 복수의 저장 소자를 특성화시키는 것을 가능하게 한다. 각 저장 소자에 있어서, 본 발명에 따른 장치는, 이 저장 소자의 터미날에서의 전압 및 이 저장 소자를 통과하는 전류를 각각 측정하도록 구성된, 한 쌍의 전압 측정 모듈 및 전류 측정 모듈을 포함한다.
하나의 저장 소자에 관련된 한 쌍의 전류 또는 전압 측정 모듈은 다른 저장 소자에 관련된 다른 한 쌍의 일부분을 형성한다.
바람직하게는, 상기 제어 모듈은, 10Hz 이상의 측정 주파수에서, 일련의 전압 측정 및 전류 측정 각각을 수행하기 위해서, 전압 모듈 및 전류 모듈 각각을 제어하도록 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 제어 모듈은, 200Hz의 측정 주파수에서, 일련의 전압 측정 및 전류 측정 각각을 수행하기 위해서, 전압 모듈 및 전류 모듈 각각을 제어하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 장치는, 저장 요소가 짧은 주기에 걸쳐서 상당한 변화를 겪을 수 있는 슈퍼 컨덴서(supercondenser)일 때에도, 저장 요소의 상태에서 급격한 변동을 고려하는 것을 가능하게 한다. 그 결과로서, 상기 전류 측정 및 상기 전압 측정은, 정확히 동기화되지 않는 경우에도, 상호 분리되지 않는다.
상기 측정 모듈 센서들은, 위에서 정의된 바와 같이, 0.1초 미만, 바람직하게는 0.005초 미만의 응답 시간을 가지도록 바람직하게 선택될 수 있다.
바람직하게 적어도 하나의 전류 센서는, 디지털 저항센서(a digital resistive sensor), 또는, 멀티-레인지 홀 효과 센서(a multi-range Hall effect sensor), 또는 플럭스게이트 자기 센서(a fluxgate magnetic sensor)를 포함한다.
디지털 션트(digital shunt)로 불리는 상기 디지털 저항센서는 높은 동적 측정 범위를 가진다. 그것은 정확하며 그리고 전형적인 응답 시간이 1 밀리세컨드 미만의 거의 순간적인 전류 측정을 제공한다. 그것은 상기 저장 소자를 공급하는 전기 회로 내에서 위치되어야만 하며, 그리하여 다른 것들 중에서, 추가의 원하지 않는 전기 저항을 발생시키고, 그리고 동작 전압의 거동면에서 추가 문제를 일으킨다.
상기 멀티-레인지 홀 효과 센서는 낮은 동적 측정 범위를 가진다. 그것은, 전형적인 응답 시간이 50 내지 100 밀리세컨드인, 완만한 전류 측정을 제공한다. 다른 측정 범위에 의해서, 측정된 값이 정확하다. 디지털 션트와는 달리, 상기 저장 소자를 공급하는 전기 회로 내에 그것을 위치시킬 필요가 없어서, 따라서 그것은 더 많은 유연성을 제공한다.
상기 플럭스게이트 자기 센서는 디지털 션트의 것과 동등한 동작 범위 및 측정 정확도를 가지며 그리고 위치면에서는 상기 멀티-레인지 홀 효과와 같은 이점을 가진다. 그러나 상기 플럭스게이트 센서는 상기 디지털 션트 또는 상기 멀티-레인지 홀 효과 센서와 비교해서 보다 더 비싸다.
전류 센서의 제안 목록은 배타적인 것은 아니다. 저장 소자를 사용하는 상기 어플리케이션의 대표적인 범위에서 전류(전형적으로는 수 밀리암페어(milliamps) - 수 백의 암페어(amps))에 대해 충분히 정확 (정확도는 일반적으로 애플리케이션에 의해 정해지지만, 전체 측정 범위의 ≤1%가 일반적으로 요구되는 값이다.)하고 그리고 빠른(전형적으로 ≤0.1s) 측정을 제공하고, 그리고 필요에 따라 극도의 요구되는 전류(전형적으로 수 천 내지 수 만의 암페어)를 견딜 수 있는, 임의의 전류 센서라면 잠재적인 후보이다.
적어도 하나의 전압 센서는, 입력단에 제공된 전압의 아날로그-디지털 변환을 수행하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 포함한다.
아날로그-디지털 변환기(ADC)는, 자주 1 밀리세컨드 미만의 매우 작은 응답 시간을 가지는, 높은 동적 측정 범위를 가진다.
상기 저장 소자의 전압에서의 변화에 대응하기 위해서, 상기 ADC의 입력단을 조절하는 것이 필요할 수 있으며, 이는 일반적으로 0-5V 사이를 가지는 전압에 적합하다. 상기 ADC의 입력단에서, 전압 분배 스텝(a voltage division step)을 상기 전압 측정 모듈 내에 배치함으로써, 이러한 조절이 만들어질 수 있다.
또한, 상기 ADC의 선택은 입력단에서 필요로 하는, 예를 들면 x mV에 대해 1 비트 그리고 출력단에서 필요로 하는, 예를 들면 12비트, 14비트 등의 해상도에 의존한다. 이들 해상도는 상기 계산 수단 및 요구되는 측정의 정확도의 선택에 의해 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 동등한 시간 프레임을 가지는 특정값을 얻기 위해서, 본 발명에 따른 장치는 하나 또는 그 이상의 전류 센서 그리고 하나 또는 그 이상의 전압 센서를 포함할 수 있으며, 이들의 동적 반응은, 유사 또는 동등하며 또는 동일 차수이며, 또는 심지어는 완전 동일하다. 예를 들면, 변형예로서 상기 장치는: 전압 측정용으로서, 하나 또는 그 이상의 ADC 센서, 그리고 전류 측정용으로서, 하나 또는 그 이상의 디지털 션트 또는 하나 또는 그 이상의 플럭스게이트 자기 센서를 포함한다.
사실상, 상기 ADC는 디지털 션트 또는 플럭스게이트 자기 센서의 것과 동일 차수의 높은 동적 측정 범위를 가진다. 상기 전압 및 전류 측정의 시간 프레임은 이 경우에 있어서 동등하다.
이 경우에 있어서, 각 측정 모듈은 해당하는 센서만을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 다른 실시예에 따르면, 하나의 저장 소자에 관련된 적어도 하나의 전압 모듈 및 전류 모듈 각각은, 상기 저장 소자에 관련된 전류 측정 모듈, 전압 측정 모듈의 전류 센서 및 전압 센서 각각의 동적 반응에 대해서, 상기 전압 센서 및 상기 전류 센서 각각의 동적 반응을 조절하기 위해서, 상기 센서의 입력단에서 공급되는, 측정될 전기 신호, 및/또는 상기 센서에 의해 공급되는 측정 신호를, 처리함으로써, 상기 모듈의 센서의 동적 응답을 변화시키기 위한 수단을 적어도 하나 포함한다.
이 방법에서는, 본 발명에 따른 장치는 상기 측정 모듈의 출력에서 시간 프레임의 관점으로부터 동등한 전압 및 전류 측정의 가용성을 가능하게 한다.
사실상, 저장 소자에 관련된 전압 및 전류 측정 모듈의 출력단에서 동등한 측정값이 되도록 하기 위해서, 상기 전압 센서(들) 및 상기 전류 센서(들)이 동일한 동적 응답을 가지지 않을 때, 예를 들면 상기 전압 센서가 ADC 이고 상기 전류 센서가 멀티-레인지 홀 효과 센서일 때, 하나 및/또는 다른 측정 모듈은, 상기 센서에 의해 또는 상기 센서에 의해 제공된 측정 신호로부터 측정되어야만 하는 전압/전류를 처리하기 위한 하나 또는 그 이상의 처리 수단을 포함할 수 있다.
이들 처리 수단은 아날로그 필터 수단, 슬라이딩 윈도우 필터(sliding window filter), 퓨리에 변환(Fourier transform) 또는 시간적 필터(temperal filter)와 같은 ?터 수단을 포함할 수 있다.
예를 들면, ADC의 동적 범위는 멀티-레인지 홀 효과 센서의 것보다 상당히 높다. 이들 두 개의 측정들의 시간 프레임은 이 경우에 있어서 동등하지 않다. 필터링은 전압 측정 회로(voltage measuring chain)의 유니트-스텝 반응을 변경시키기 위해서 도입될 수 있어서, 측정의 시간 프레임을 동등하게 만든다. 저역 통과형의 이 필터링은 전압의 동적 측정 범위를 전류의 동적 측정 범위 수준으로 감소시킬 것이다. 이런 필터링을 수행하기 위한, 아래의 2가지를 포함하는 여러 가지 가능성이 있다.:
- ADC의 상류에 위치된 RC형의 저역 통과 아날로그 필터: 정확하게 알려진 유니트-스텝 특징의 부재에도, 1/Tr 또는 1/(Td + 1/2 Tm))에 근접한 값을 차단 주파수로 채용할 수 있음을 알고 있었기에, 차단 주파수(cut-off frequency) 특성은 상기 전류 센서의 유니트-스텝 반응에 의해 설정된다. 이 경우에서, 상기 처리(processing)는 측정될 전압을 나타내는 신호에 적용된다.;
- 상기 ADC의 하류에 위치된 디지털 필터: 수학적 처리, 즉, 저역 디지털 필터링, 슬라이딩 윈도우 필터 등은, 필터링된 측정값이 전류 측정값과 동일한 타임 프레임을 가진다는 것을 보장한다. 이 경우에서, 상기 처리는 ADC에 의해 공급된 측정 신호에 적용된다.
이들 처리 수단은 또한 측정의 정확성을 향상시키기 위해서 구현될 수 있는데, 예를 들면, 몇몇 측정값의 평균을 취한 필터는 측정의 정확성을 증가시키면서도 센서의 응답 시간을 줄일 수 있게 한다.
본 발명에 따른 장치의 특정 실시예에 있어서, 제어 모듈은, 이 저장 소자에 대한 전류 및 전압을 동기화하여 측정하도록, 하나의 저장 소자에 관련된 전압 측정 모듈 및 전류 측정 모듈을 제어하도록 구성될 수 있다.
우선적으로는, 상기 제어 모듈은, 이 저장 소자에 대한 인터리브(interleaved) 전류 및 전압 측정을 수행하도록 저장 소자에 관련된 전압 측정 모듈 및 전류 측정 모듈을 제어하도록 구성될 수 있다.
사실, 전류 및 전압의 동기 측정은 실행하기 어렵다, 반면 전류 및 전압의 교차/인터리브 측정은 수행하기 보다 간단하다.
본 발명에 따르면, "교차 측정(alternating measurement)" 또는 "인터리브 측정(interleaved measurement)" 은, ([U, I, U, I] 형 또는 [I, U, I, U]) 형과 같은(여기서 "U" 는 전압, "I" 는 전류이다), 전기적 변수 중의 하나를 측정하고 다음에 교대로 전기적 변수의 다른 하나를 측정하는 것을 포함하는, 시퀀스(sequence)의 반복에 한정되지 않는다. 사실, 상기 교차는 전압 측정과 전류 측정 간에 1:1 비율, 즉 하나의 전류 측정에 대해 하나의 전압 측정의 비율로 한정되는 것은 아니며, 상기 교차는 각 전류 측정에 대해 다수의 전압측정을, 각 전압측정에 대해 다수의 전류측정의 경우도 포함한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 "교차 측정"은 규칙적일 수도 그렇지 않을 수 도 있다, 즉 두 개의 연속적인 전류 측정 사이의 시간, 또는 두 개의 연속적인 전압 측정 사이의 시간 또는 연속되는 하나의 전류 측정과 하나의 전압 측정 사이의 시간은 일정하거나 또는 변할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제어 수단은, 유리하게는 하나의 전류측정에 대한 2개의 전압 측정, 즉 (2 U: 1 I) , 또는 하나의 전압측정에 대한 2개의 전류 측정, 즉, (1 U: 2 I) 에 의해 한정된 비율을 넘지 않도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는, 적어도 하나의 저장 소자별로, 유리하게는 각 저장 소자별로, 전하 센서(charge sensor)로 불리는 전하량 측정 수단을 포함하는, 전하량 측정을 위한 모듈을 더욱 포함한다.
이러한 전하 센서는 전류 센서에 의해 공급된 전류 신호의 적분기(integrator)일 수 있다. 그것은 전류 센서에 독립적일 수 있다.
유리하게도, 상기 제어 수단은 전류(I), 전압(U) 및 전하량(Q) 측정을 제어하도록 더욱 구성되어서 매개변수들 U, I 및 Q의 적어도 하나의 측정이 하나의 동일한 간격 δt < 0.1s에서 이루어진다.
용량성 효과를 고려하기 위해서, 전하에 관련된 측정이 이전에 언급된 주기 δt 보다 긴 주기(대략 수십 초) 에 걸쳐서 수행됨을 주목해야 할 것이다.
유리하게는, 본 발명에 따른 장치는, 버퍼 메모리를 더욱 포함하며, 상기 버퍼 메모리는, 일련의 측정 동안에 상기 측정 모듈에 의해 측정된 값, 특히 전압 및 전류 값 그리고 선택적으로는 온도 및/또는 압력 값의 적어도 일부분, 그리고/또는 상기 계산 수단에 의해 계산되고 그리고 선택적으로는 상기 저장 소자의 식별자(identifier)에 관련된, 값의 일부분을, 저장하기 위한 것이다.
상기 스토리지는 디지털 형태로 생성될 수 있다.
측정될 신호의 샘플링 비율(sampling rate, vsample)은 다음과 같이 선택될 수 있다:
10 샘플/s = vsample = 2500 샘플/s
하나의 동일한 측정 사이클 동안에, 일련의 전압 측정 수는 일련의 전류 측정 수와 동등할 수도 또는 상이할 수도 있다.
두 개의 다른 측정 사이클 동안에, 전압 측정 및 전류 측정 수는 각각 동일할 수 도 또는 그렇지 않을 수 도 있다.
특정 실시예에 있어서, 소정의 측정 사이클 동안에, 전압 측정 수 N은 전류 측정 수와 동일할 수 있다.
특정 실시예에 따르면, N은 2 ≤ N ≤ 32가 되도록 선택될 수 있다. 이러한 측정 수는 통계적 정확성과 계산력 사이의 양호한 타협을 제공한다.
유리하게, 측정 수 N은 비한정적으로, 2의 거듭제곱과 동일한 수일 수 있다. 이러한 측정 수는 통계적 변수의 계산을 최적화하는 것을 가능하게 한다.
상기 계산 수단은, 적어도 하나의 중간 통계 변수(intermediate statistical variable)를 결정하도록 구성될 수 있다. 이러한 중간 통계 변수는 예를 들면, 전압 또는 전류와 관련된, 분산(variance), 표준 편차 또는 평균일 수 있다.
G로 표시되는 전기적 변수에 있어서, 전기적 변수의 측정 수를 N이라고 하면:
-평균
Figure pct00005
은 하기의 관계식을 이용하여 계산될 수 있다.
Figure pct00006
- 분산(varG)은 하기 관계식을 이용하여 계산될 수 있다.:
Figure pct00007
- σG 로 표시되는 상기 표준 편차는 하기의 관계식을 이용하여 계산될 수 있다.
Figure pct00008
따라서, 소정의 저장 소자에 있어서, 상기 계산 수단은 6개의 값들, 즉,
Figure pct00009
, varU, σU,
Figure pct00010
, varI 및 σI(U가 전압이며 I 가 전류임)을 제공하기 위해 구성되거나 또는 제공하는 데 적합할 수 있다.
본 출원서의 나머지 부분에서 직접 계산법으로 불리는 본 발명의 특정 실시예에 따르면, 상기 계산 수단은, 단일의 측정 사이클에 걸쳐서 상기 측정 모듈에 의해 계산된 값으로부터 통계적으로 적어도 하나의 통계적 변수를 계산하도록 구성될 수 있다.
계산된 통계적 변수들은 하기의 관계식으로 결정되는 ESR 또는 C를 포함한다. :
Figure pct00011
그리고
Figure pct00012
여기서 Q는 전하량이다.
이 직접 계산법은 상대적으로 만족스러운 결과를 제공하나 계산된 통계 변수의 값이 작은 경우에는 특별히 민감한 문제가 있다. 더욱, 이 직접 계산법은 물리적 변수의 자연적인 변동에 추가할 수 있는 센서의 고유한 측정의 부정확성에 매우 민감하다.
이 실시예에 있어서, 통계적 변수가 계산되는 시간 간격은 일련의 측정이 이루어지는 시간 간격에 대응할 수 있다.
바람직하게는, 통계적 변수가 계산되는 시간 간격은, 특히 ESR을 참조하면, 1s 미만일 수 있으며, 특별하게는 0.1s와 동등하다.
간접 계산법으로 불리는 다른 특정 실시예에 따르면, 상기 계산 수단은 다수의 측정 사이클에 걸쳐서 상기 측정 모듈에 의해 측정된 값, 그리고 선택적으로는 저장 수단에 저장된 값으로부터 적어도 하나의 통계적 변수를 통계적으로 계산하도록 구성될 수 있다.
이 실시예에서, 상기 계산 수단은, 예를 들면 선형 회귀법(linear regression model)을 통해서, 이전에 측정 및 저장된 수개의 일련의 전압 및 전류 측정값을 고려할 수 있다.
미리 실행된 측정 사이클을 고려하는 것은 이 측정 사이클 동안에 얻어진 측정값을 고려하거나 또는 이 측정 사이클 동안에 통계적으로 계산된 값을 고려함으로써, 이루어질 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 통계적 변수는, 회귀분석법에서, 다수의 측정 사이클 동안에 계산된 통계적 변수를 고려함으로써, 결정될 수 있다.
간접 계산은, 슬라이딩 방식(sliding manner )에서, 이전에 획득되고 저장 수단에 저장된 소정 수의 측정들을 고려할 수 있으며, 이들 측정들은 적어도 2개의 측정 사이클에서 이루어질 수 있다. 이것은, 슬라이딩 방식에서, 이전에 취득한 소정 수의 측정을 고려함을 의미한다. 후자에 있어서, 상기 저장 수단은 이전에 취득한 소정 수의 측정들만을 저장하도록 구성될 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따른 장치는 측정 및/또는 계산된 값을, 이전에 측정 또는 계산되어서 예를 들면 버퍼 메모리에 저장된 값과 비교하는 비교 수단을 포함할 수 있으며, 신규의 측정 및/또는 계산된 값은, 상기 비교 수단에 의해 공급된 결과의 함수로서, 예를 들면 버퍼 메모리에 저장된다.
측정 또는 계산 도중에 얻은 값들이 이전에 측정 또는 계산되어 저장된 값과 동일하거나 또는 유사할 때, 신규 측정/계산된 값은 저장될 수 없다.
이러한 비교는 동일하거나 또는 유사한 측정/계산 값을 수차례 저장하는 것을 예방할 수 있으며, 따라서 상기 저장 수단을 더욱 잘 관리하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 각 에너지 저장 소자, 특히 각 에너지 저장 소자의 환경과 관련된 다른 매개변수, 예를 들면 온도 또는 압력 등을 측정하는 측정 수단을 적어도 하나 더욱 포함할 수 있다.
그리고 상기 장치는, 실제 조건하에서 측정된 데이터를 기준 조건하에서 측정된 데이터로 변환하는 수단을 적어도 하나 포함할 수 있다. 이들 변환 수단은 예를 들면 실험적으로 얻어서 상기 저장 수단에 저장된 데이터의 함수로써 구성된 변환 테이블을 포함할 수 있다. 상기 변환은 하나 또는 그 이상의 통계적 변수들의 계산 이전 또는 이후 중의 어느 한 시점에서 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, - 용량성 효과를 통해서 에너지를 저장하기 위한 것으로, 직렬 및/또는 병렬로 장착된, 다수의 저장 소자, 그리고 - 상기 에너지 저장 소자들 중의 적어도 하나에 특성화 데이터의 적어도 하나를 공급하는, 본 발명에 따른 특성화 장치를, 포함하는 시스템이 제공된다.
또한, 상기 에너지 저장 어셈블리는 상기 특성화 장치에 의해 제공된 적어도 하나의 아이템의 함수로써 상기 저장 소자들의 밸런스(balance) 또는 사용을 변경시키기 위한 수단을 포함할 수 있다.
"밸런싱(balancing)"은 에너지 저장 어셈블리 내에서 전압 분포를 균질화하는 행동을 의미한다. 특히, 상기 목적은, 하나의 동일한 브랜치 내에 장착된 모든 용량성 에너지 저장 소자가 그들의 단부에서 언제나 동일한 전압값을 가지도록 하는 것이며, 그럼에도 불구하고 통상적으로 수십 밀리볼트의 누설을 허용한다.
밸런싱의 변경은 에너지 저장 소자를 통과하는 전류의 전체적인 또는 부분적인 경로 재설정(rerouting)을 포함할 수 있으며, 상기 저장 소자의 단위 전압은 예상된 공칭값(nominal value)에 대해서 매우 높게 간주된다. 밸런스 양을 변경하는 것은, 이 경우에 있어서는 문제의 상기 에너지 저장 소자를 통과하는 전류의 경로재설정을 변경하는 것이다. 그러나 이 실시예는 에너지 저장 어셈블리의 밸런싱을 이끌어 내는 다른 방법에 관해서는 한정적인 것은 아니다.
유리하게는, 본 발명에 따른 특성화 장치는 직렬 또는 병렬로 장착된 다수의 에너지 저장 소자들을 포함하는 상기 에너지 저장 어셈블리의 각 에너지 저장 소자를 개별적으로 특성화시키기 위해서 사용될 수 있다.
직렬 또는 병렬로 장착된 수개의 저장 소자를 구비하는 저장 어셈블리의 경우에 있어서, 본 발명에 따른 장치는, 상기 저장 소자들을 연결하는 상기 회로의 병렬 브랜치의 적어도 하나에 대한 전류 측정 모듈 및 - 각 저장 소자, 그리고 선택적으로는 상기 저장 소자를 함께 연결하는 회로의 적어도 하나의 병렬 브랜치에 대한 전압 측정 모듈을, 포함한다.
다른 방법으로는, 그것은 상기 에너지 저장 모듈의 단부에서 전압 측정 모듈을 그리고 상기 에너지 저장 모듈의 출력단에서 전류를 측정하는 수단을 포함할 수 있다.
다른 저장 소자에 대해 수행된, 일련의 전류 및 전압 측정 각각이 상기 저장 모듈의 일부를 구성하므로 하나의 저장 소자에 수행된, 일련의 전압 및 전류 측정 각각은 동시에 수행되거나 그렇지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 특히 슈퍼 캐패시터 또는 울트라 캐패시터로 불리는, 용량성 효과를 통한 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 소자를 특성화시키는, 특히 상기 저장 소자의 충전 상태(state of charge:SOC) 또는 잔존수명 상태(state of health:SOH)와 관련된 데이터의 아이템을 결정하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은, 각 저장 소자별로:
- 측정 사이클을 구성하는 하기의 단계를 적어도 한번 반복하는 단계:
· 상기 저장 소자의 단부에서, 전압 센서로 불리는, 전압 측정 수단을 적어도 하나 포함하는 전압 측정 모듈에 의해 수행된 일련의 전압 측정, 그리고
· 전류 센서로 불리는, 상기 저장 소자를 통과하는 전류를 측정하는 전류 측정 수단을 적어도 하나 포함하는 전류 측정 모듈에 의해 수행된 일련의 전류 측정; 그리고
- 상기 전압 및 전류 측정들로부터 상기 저장 소자에 관련된 변수를 통계적으로 계산하는 단계;를 포함하며,
여기서 상기 일련의 상기 전압 측정 및 전류 측정은 2개의 측정 주기에 걸쳐서 수행되며, 상기 2개의 측정 주기는 상기 측정 주기들을 포함하여 전체 주기로 불리는, 주기의 적어도 70% 이상, 바람직하게는 90% 이상이 시간면에서 중첩되며, 상기 측정들은 동일 차수의 크기의 동적 응답을 가지는 상기 전압 및 전류 측정 모듈을 사용하여 수행된다.
특히, 하나의 동일 측정 사이클의 상기 전압 측정 및 전류 측정은 하나의 동일 주파수에서 또는 실질적으로 동일한 2개의 주파수에서 수행될 수 있다.
유리하게는, 일련의 전압 측정 또는 일련의 전류 측정은 10Hz 와 같거나 또는 큰 주파수에서 수행될 수 있다.
바람직하게는, 전압 측정 주파수 및/또는 전류 측정 주파수는 200Hz 일 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 또한, 통계적으로 호환가능한 전압 및 전류 측정값을 얻기 위해서, 적어도 하나의 전압 센서 또는 적어도 하나의 전류 센서의 동적 응답을 변경하는, 적어도 하나의 단계를 포함하며, 상기 변경 단계는 상기 센서의 입력단에서 공급된, 측정될 전기 전압 또는 전류를 처리하는 단계, 상기 센서에 의해 출력단에서 공급된 측정신호를 처리하는 단계 중의 적어도 하나를 포함한다.
측정 사이클 별로, 일련의 전류 측정 및 일련의 전압 측정은, 전압 측정 및 전류 측정이 교차/인터리브 방식으로 수행되도록, 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 또한 버퍼 메모리에, 측정 사이클의 일련의 측정 동안에 측정된 전압 및/또는 전류 값의 적어도 일부분을 저장하는 단계를 더욱 포함한다.
본 발명에 따른 방법은, 적어도 하나의 중간 통계 변수를 결정하는 단계를 포함한다. 이러한 중간 통계 변수는 예를 들면, 전압 또는 전류에 대한 분산, 표준편차 또는 평균일 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 적어도 하나의 통계 변수는, 단일의 측정 사이클 동안에 행해진 측정들, - 다수의 일련의 측정 동안에 행해진 측정들, 또는 - 슬라이딩 방식으로, 이전에 수행된 측정 횟수를, 고려함으로써 계산될 수 있다.
일반적으로, 본 발명에 따른 특성화 방법은, 상기 장치의 아키텍쳐(architecture)와 함께 또는 아키텍쳐와 독립하여, 결합에 대한 기술적 반대 요소가 없다면, 본 발명에 따른 장치에 의해 수행되고 그리고 앞에서 설명된 상기 단계들/동작들의 하나 또는 이들의 의한 어떠한 결합을 포함할 수 있다. 이들 특징은 설명이 복잡하게 되는 것을 피하기 위해 여기에는 반복되거나 자세히 설명되지 않는다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 직렬 및/또는 병렬로 장착된 용량성 효과를 통해 에너지를 저장하는 다수의 소자를 포함하는, 에너지 저장 어셈블리를 관리하는 방법이 제공된다.
이러한 관리 방법은:
- 본 발명의 특성화 방법에 따라서, 상기 에너지 저장 소자들의 적어도 하나에 대해서 특성화 데이터의 적어도 하나의 아이템을 결정하는 적어도 하나의 결정 단계, 및,
- 특성화 데이터의 적어도 하나의 아이템의 함수로써, 상기 저장 어셈블리의 적어도 하나의 저장 소자의 밸런싱 또는 사용을, 변경하는 적어도 하나의 변경 단계를 포함한다.
일반적으로, 본 발명에 따른 특성화 방법은, 상기 장치의 아키텍쳐(architecture)와 함께 또는 아키텍쳐와 독립하여, 결합에 대한 기술적 반대 요소가 없다면, 본 발명에 따른 장치에 의해 수행되고 그리고 앞에서 설명된 상기 단계들/동작들의 하나 또는 이들의 의한 어떠한 결합을 포함할 수 있다. 이들 특징은 설명이 복잡하게 되는 것을 피하기 위해 여기에는 반복되거나 자세히 설명되지 않는다.
본 발명의 추가 이점 및 특징은 방법에 제한없이 구현예 및 실시예의 상세한 설명을 읽을 시 명백해질 것이며, 그리고 하기에 첨부된 도면에서,
- 도 1은 본 발명에 따른 저장 어셈블리의 개략도이다;
- 도 2는 본 발명에 따른 특징화 방법의 개략도이다; 및
- 도 3은 본 발명에 따른 전압 및 전류의 삽입(interleave) 측정을 실현하기 위한 몇몇 구성의 개략도이다.
후술하는 실시예들은 결코 이에 한정되는 것이 않음은 잘 이해될 것이다. 소정 발명의 특징을 선택한 것이 선행 기술과 관련하여 기술적 이점을 부여하고 또는 본 발명을 차별화하는데 있어서 충분하다면, 기술된 다른 특징과는 별도로, 특히 하기에 기술된 소정 특징을 선택한 것만을 포함하는 본 발명의 변형예들도 예상해 볼 수 있다. 이러한 선택이라는 것은 바람직하게는 구조적 상세 내역이 없는 적어도 하나의 기능적 특징을 포함하거나 또는 구조적 상세 내역의 일부분이 선행 기술과 관련하여 기술적 이점을 부여하고 또는 본 발명을 차별화하는데 있어서 충분하다면, 이 구조적 상세 내역의 일부분만을 가지는 적어도 하나의 기능적 특징을 포함한다.
특히, 기술적 관점에서 봤을 때 변형예 및 실시예들의 결합에 반대되는 사항이 없는 경우에는, 모든 기술된 변형예 및 실시예들은 결합될 수 있다.
도면에 있어서, 수개의 도면에서 공통으로 표시된 소자들에는 동일 참조번호가 부여된다.
먼저, 정적 (static) 매개변수의 2가지 계산 방법에 따라서 통계적 변수를 계산하는 비한정적인 실시예들을 설명한다. 실시예는 각각 단독으로 또는 서로 조합하여, 본 발명에서 구현 될 수 있다.
실시예 1: 직접 계산법
N을, 측정 사이클, 및 δt<<1s를 가지는 전체 주기 δt 동안에 측정된 전압 "U"값 및 전류 "I" 값의 개수라고 하자. N 값은, 예를 들면, 전술한 바와 같이, 일반적으로 U 및 I의 측정을 인터리빙(interleaving)함으로써, 측정 주기 δt에 걸쳐 균일하게 분포된다.
비록 측정이, 본 발명에 따른 장치로써, 균일하게 이루어지지 않는다고 해도, 전류 및 전압 모듈의 출력단에서의 상기 계산 수단에 의해(모듈 각각의 처리 수단에 의해 추가적으로 수행되는 처리에 의해) 처리되는, 한 쌍의 값이 발견될 것임을 주목해야 한다.
변수(G)의 변동의 평균은 수학적 거리로 본다면 통계적으로 이 변수의 표준 편차(σ) 또는 분산(varG=σG 2 )에 해당하며, 그리고 계산된 통계적 변수들은 특히 전압 및/또는 전류의 분산 또는 표준 편차를 포함한다.
한편, U 및 I의 평균
Figure pct00013
, 그리고 분산(varU, varI) 및/또는 표준 편차(σU, σI )는 하기의 관계식을 이용하여, 본 발명에 따른 방법 및 장치를 이용하여 결정된다.
Figure pct00014
따라서 본 발명에 따른 장치 및 방법은, 각 주기 δt 동안에, 계산 단계 중 상기 계산 수단에 의해 결정되는, 6개의 값을 제공할 수 있다.: 한편으로는,
Figure pct00015
, varU, σU 를 그리고 다른 한편으로는,
Figure pct00016
, varI, σI를 제공할 수 있다. 이들 값 중 3개는, ESR과 C:
Figure pct00017
의 향후의 계산을 위해서, 예를 들면 버퍼 메모리에 저장되고 그리고 한 쌍의 값(varU, varI) 또는 (σU,　σI)의 선택에 의해서 저장된다.
ESR의 계산
ESR 값은, 저장된 데이터 쌍의 함수로서 하기의 관계식 중의 하나를 이용하여, 계산 단계 중에서 상기 계산 수단에 의해, 계산될 수 있다.
Figure pct00018
이 실시예를 위해서, 상기 통계 변수 ESR이 계산되는 시간 간격은 일련의 측정이 행해지는 시간 간격, 즉 측정 사이클의 주기에 해당하며, 그리고 따라서, 1s 미만임이 바람직하고, 특히 0.1s 임이 바람직하다.
C의 계산
I 및 U에 대해서 같은 측정을 실시하고, 그리고/또는 ESR의 계산 도중에 이전에 획득된, 통계 변수
Figure pct00019
와
Figure pct00020
를 계산하고, 그리고 이들을 하기의 방정식에 적용함으로써, C 값을 얻을 수 있다.:
Figure pct00021
여기서,
- ㅿQ는 전하 센서에 의해 측정된, 두 상태 ① 과 ② 에서의 저장 소자에 저장된 전하량의 차이에 해당한다.;
- ㅿU는 저장 소자의 단부에서의 전압 차, 즉 두 상태 ①과 ②에의 U 또는
Figure pct00022
의 수치 차이에 해당한다.;
- ESR은 이전에 계산된 값에 해당하며,
- ㅿI는 상태 ①과 ②에서의 I 또는
Figure pct00023
의 수치 차이에서 유래한다.
계산의 정확성을 개선하기 위해서, 저장 소자의 상태① 과 ②가, 시간 관점 또는 전하량 관점에서 또는 전압 관점에서 분리되도록 선택되어서, 충분히 0이 아닌 "ㅿQ" 값 및/또는 "ㅿU　-　ESR　× ㅿ　I" 값을 얻으며, 한편 저장 소자의 상태 ① 과 ②는 저장 소자를 사용하는 어플리케이션을 나타내는 변동 필드(field) 내에 잔존한다.
시간 관점에서 보면, 상태 ① 및 ② 는, 예를 들면, 2s　≤　t1→2　≤　64s, 특히 4s　≤　　t1→2　≤　　16s가 되도록 분리될 수 있다.
전하량의 관점에서 보면, 상태 ① 및 ②는 Cn×Un/32 쿨롱(coulomb)　≤　|ㅿQ1→2|　≤　Cn　×　Un　쿨롱(coulomb), 특히 Cn　×Un/16　쿨롱　≤　|ㅿQ1→2|　≤　Cn　×　Un/4　쿨롱이 되도록 분리될 수 있으며, 여기서 Cn 은 상기 저장 소자의 공칭(nominal) 캐패시턴스이며 그리고 Un 은 상기 저장 소자의 공칭 동작 전압이다.
전압 관점에서 보면, 상태 ① 및 ② 는 예를 들면 Un/32　V　≤　|ㅿV1→2|　≤　UnV, 특히 Un/16　V　≤　|ㅿV1→2|　≤　Un/4V가 되도록 분리될 수 있다.
ㅿQ의 측정 시 명령에 의해 이를 0으로 리셋할 수 있는 것은 유리할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상태 ①은 리셋에 대응하고 그리고 상태 ②는 Q의 측정에 대응한다.
ㅿQ를 결정하는 계산 방법 또는 실시예에 구예받지 않고, I 또는
Figure pct00024
의 측정값으로부터 계산하는 것 대신에, 전하량 센서가 저장 소자가 연결되는 전기회로 내에서 포함될 수 있음을 주목할 수 있다.
그러면, ㅿQ 가 이 센서로부터 직접적으로 획득된다.
이러한 전하 센서는 상기 저장 소자를 통과하는 전류의 적분기일 수 있다. 그것은 전류 센서에 직렬로 위치하는 특정의 센서를 구성할 수 있다. 예를 들면, 소정의 디지털 션트(shunt)는, 제어가능한 리셋 이후 션트를 통과하는 전하의 양을, 내부 측정 신호의 디지털 적분(integration)으로부터, 직접 공급한다.
변형예에서, 전류 센서는, 상기 전류 센서의 출력 신호의 특성 함수로서, 상기 전류 센서로부터 기인하는 신호를 아날로그 또는 디지털 적분함으로써 이러한 전하 센서를 생성하는데, 사용될 수 있다. 예를 들면, 멀티-레인지 홀 효과 센서는 일반적으로, 전용 적분 회로를 통한 아날로그 수단에 의해 보다 잘 적분되는 아날로그 신호를 공급한다. 반대로, 플럭스게이트 자기 센서는 일반적으로, 전용 또는 비전용의 계산 수단을 통한 디지털 수단에 의해 잘 적분되는 디지털 신호를 공급한다. 이 변형예에서, 이 계산이 자원의 고소비를 이끌어낼 수 있다는 사실 때문에, 계산 수단, 예를 들면 마이크로컨트롤러, 및/또는 상기 전류 센서의 출력 신호의 디지털 적분을 가지는 데이터 저장 수단을 전용으로 사용하는 것이 유리할 수 있다. 출력 신호가 아날로그이면, 중간 ADC는 신호를 변환하여 전용 계산 및/또는 저장 수단에 의해 사용될 수 있다.
바람직하게는, 변수 ΔQ가 전하 센서를 사용하여 측정될 때는 실시예에 무관하게, 명령 수단은 또한 I, U 및 Q의 측정을 제어하도록 구성될 수 있어서, U, I 및 Q의 적어도 하나의 측정이, 하나의 동일한 간격 δt <0.1s 이내에서 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예는 상대적으로 만족스런 결과를 제공한다, 그러나 varI 또는
Figure pct00025
의 값이 작을 경우에는 특히 민감하다는 결점을 가진다.
또한, 이 계산 방식은 물리적 변수의 자연적 변동에 추가할 수 있는 센서들의 고유의 측정 부정확성에 민감하다.
실시예 2: 간접 계산법
이 실시예에서는 실시된 측정 및/또는 계산되어서, 장치의 저장 수단에 저장된 통계적 변수로부터 선형 회귀가 실시되며, 그리고 이는 미리 얻은 k측정 사이클에 해당한다.
ESR의 계산
선형 회귀를 실시하기 위해 사용되는 관계식은 다음과 같습니다.
Figure pct00026
쌍 (varI,varU) 를 (X,Y) 쌍으로 하면, "a" 가 ESR2 에 해당되며 그리고 쌍 (σI,σU) 을 (X,Y) 쌍으로 하면, "a" 는 ESR에 해당된다. 이 관계는 이전에 실시된 K측정 사이클에 대응하는 식은 (varI,varU) 또는(σI,σU) 값의 k쌍을 고려한다.
또한, 하기의 관계를 이용함으로써 추가되는 중요한 한정이 적용될 수 있다.:
Figure pct00027
쌍 (U, I) = (0, 0) 이 이론적으로 오른쪽에서 발견되기 때문에, 이 한정을 사용함으로써, 상기 선형 회귀 공식은 다음과 같이 된다.:
Figure pct00028
C의 계산
바로 위에서 기술된 선형 회귀는, ㅿQ 를 Y로 그리고 "ㅿU - ESR ×ㅿI" 를 X로 취급함으로써, C를 결정하는데 사용될 수 있으며, 여기서 ㅿ는 한 쌍의 상이한 상태(①, ②)에 대응한다.
상기 한 쌍의 상태(①, ②)는 전술한 실시예에서 언급된 선택의 조건을 만족시킬 수 있다. 이들은 동등하게 다른 하나에 후속할 수 있으며(시퀀스 유형
Figure pct00029
), 다른 하나에 중첩할 수 있으며 (시퀀스 유형
Figure pct00030
), 다른 하나에 인접할 수 있으며 (시퀀스 유형
Figure pct00031
), 규칙적이거나 그렇지 않을 수도(시퀀스 유형
Figure pct00032
) 있다.
ㅿQ 는 상태 ① 및 ②를 분리시키는 시간 간격에 걸쳐서 I 또는
Figure pct00033
의 적분으로부터 얻어질 수 있다.
특히, ESR 값으로의 접근은 즉각적인 것은 아니다. 이 방법은 특히, 실제로 표준 용량성 저장 소자의 경우인, ESR에 대한 느린 변동 및/또는 낮은 예상값의 경우에 적합하다.
이 제 2 실시예(간접적 계산 또는 선형 회귀)는 간접 계산으로써 선행 실시예의 부정확성의 문제를 효과적으로 교정한다, 그러나, 메모리의 저장 및 획득된 통계적 변수의 후처리(post-processing)의 추가 수단을 필요로 한다.
상기 선형 회귀법은, 하기의 것 중 어느 하나를 수행함으로써 실행될 수 있다. :
- 필요한 통계적 변수(
Figure pct00034
, varU, σU,
Figure pct00035
, varI 또는 σI) 를 계산하고 그리고 이들 변수를 저장하고 그리고 나서 선행 회귀를 실행함,
- 한 쌍의 측정값(I, U)를 직접 저장하고, 그리고 ,
Figure pct00036
, varU, σU,
Figure pct00037
, varI 또는 σI 의 보조 통계 변수를 계산하고 선형 회귀를 연속적으로 실행함.
이 제2 실시예에서, 측정 횟수가 크고 그리고 측정이 이루어지는 시간이 상기 제1 실시예의 것보다 긴 것이 바람직하다.
상기 측정은 수 분 또는 심지어 수 시간에 걸쳐서 이루어질 수 있다. 이것은, I 및 U의 값이 단일 도메인 내에서만 값을 가짐으로써, 회귀의 위조를 방지하는 것을 가능하게 한다. 계산을 위해서는, 각 서브세트 측정에 대해서, 실시예 1에서 도시된 전류 및 전압 측정들 간의 시간 분배 및 짧은 시간에 관한 기준을 주의하면서 준수하면서, 측정된 한 쌍의 세트 (I, U)는 Ni 쌍의 k개 서브세트로 세분화될 것이다. 다른 조건들이 Ni의 값에 부과되지 않으며, 따라서 이것은 하나의 서브세트가 다른 서브세트에 대해서 상이할 수 있다.
제2 실시예의 변형예들
제 2실시예에서, 전술한 바와 같이 세트 방식으로 K쌍의 값을 취하는 대신에 슬라이딩 방식으로 k쌍의 값(X,Y)를 가지고 회귀를 실행하는 것도 가능하다. 이 경우에 있어서, 통계적 변수가 계산되는 시간의 주기는 중첩된다. 이전에 제안된 것과 같이 모든 k쌍의 값을 계산하는 대신에, 오직 k의 마지막 쌍 값만을 고려함으로써 각각의 새로운 쌍(X,Y)의 값에 대한 신규 계산을 수행할 수 있다. 가장 오래된 (X, Y) 값은 새로운 한 쌍의 값(X, Y)으로 대체된다. ESR값의 변화는 시간이 지남에 따라 잦아든다. 제 2실시예의 변형예에 있어서, k는 시간에 대한 변수일 수 있다, 즉 한 쌍의 값의 횟수는 시간에 따라 변할 수 있다. X 또는 Y의 변동 범위에 의해 (X,Y) 쌍을 그룹화하는 것은 예를 들면 시의적절하게 가능하다.
또한, K 쌍의 값이 고려되는 방식(슬라이딩 또는 세트)에 무관하게, 한 쌍의 측정/계산된 값을 저장하기 이전에, 동일 또는 근접한 한 쌍의 값이 이미 있는 지를 결정하기 위해서, 이 한 쌍의 값은 이미 저장된 한 쌍의 값과 비교된다. 이번이 그 경우라면, 새로운 한 쌍의 값은 저장되지 않으며, 그렇지 않다면 저장된다. 이러한 비교는 저장 수단을 포화로 만들거나 및/또는 과도하게 비싼 저장 수단을 사용하는 것을 막을 수 있다.
예를 들면, k쌍의 값들이 슬라이딩 방식으로 고려되는 제 2계산 방법의 변형예에 있어서, 선형 회귀의 결과가 정확하도록 이들 K쌍의 값이 충분히 멀리 떨어진다는 것을 보증할 것은 실제로 없다. 예를 들면, 문제가 되는 I 또는 varI 의 값 세트가 0에 근접하면, 선형 회귀의 계산이 부정확한 값을 제공할 가능성은 크다. 이 문제를 교정하기 위해서, 쌍들의 값이 선형 회귀 계산 수행 이전에 선택될 수 있다.
이러한 선택으로는, ESR 값의 접근은 이전보다 덜 즉각적이 된다. 따라서 이 방법은 느린 변동 및/또는 ESR에 대한 낮은 기대값의 경우에 특히 적합하다.
이러한 선택의 원리는 다음과 같다.: 각각의 신규 값 (X, Y)에 대해서, 이 쌍이 통계적 관점에서 유익한 데이터 항목에 기여하는 지가 결정된다. 이것이 이 경우라면, 이 쌍은 버퍼메모리에 저장된다. 그렇지 않다면, 이 계산은 무시된다. (Xi, Yi)는, 메모리 내에 동등한 쌍이 이미 존재하지 않는다면, 통계적으로 유익한 데이터 항목으로 기여한다. 이것은 메모리 내에
Figure pct00038
(δX/2 와 δY/2는 미리 결정됨)과 같은, (Xj, Yj) 쌍이 없음을 입증하는 것을 의미한다.
실제의 관점에서, 새로운 한 쌍의 값(Xj, Yj)에 대해, 메모리 내에서의 저장의 이론적 위치는 결정된다. 한 쌍이 이 위치에서 이미 존재하지 않은 경우에는 상기 값이 저장된다. 그렇지 않다면 한 쌍의 값은 무시된다.
(Xi,Yi) 쌍의 값에 대한 이론적 위치를 결정하기 위해서, X의 변동 필드는 폭 δX 의 nx 간격으로 분할되고 그리고 Y의 변동 필드는 폭 δY 의 nY 간격으로 분할된다.: nX × nY 저장 영역은 가능한 (X,Y) 쌍의 값들을 저장하기 위해 예약되어 있다.
따라서, X와 Y의 변화 도메인에 관해, 저장 가능한 데이터의 양 및 δX 및 δY의 허용 가능한 값 사이에서 마련될 협상이 있다. 변동의 전체 도메인에 걸쳐서 상기 간격이 일정한 폭을 가지는 것은 의무는 아니다, 그러나 이것은 복잡한 통계 처리를 회피하기 위해서 추천된다.: 저장 수단의 크기/계산 수단의 파워 간의 협상.
이 선택 방식의 변형은, 메모리 내의 nX × nY 경우 각각에서 쌍들의 값의 수를 계산해서 넣을 수 있고 그리고 이 경우와 관련된 값에서의 경우에서 쌍들의 수의 가중치(계수) 함수를 부여할 수 있다. 그러나 이전 것 보다 통계적으로 더욱 만족스러운 이 방법은, 메모리 크기 요건을 증가시킨다.:추가적인 정수 테이블을 사용하는 것이 필요하기 때문이다.
또한 모든 X 값에 대해서 Y 값의 감소된 수만을 저장하는 것도 가능하다. 이 경우에서, 저장된 값들은 문제가 되는 모든 X 값에 대해서 측정 및/또는 계산된 세트의 값을 통계적으로 대표해야만 한다. 값들의 저장에 요구된 크기를 제한하기 위해서, 예를 들면, 값들 그리고 값들의 대응하는 수의 평균, 및/또는 중앙값, 및/또는 합, 및/또는 상기 값들의 최소, 최대, 및/또는 분산, 및/또는 상기 값들의 표준 편차, 및/또는 상기 값들 및 값들의 대응하는 수의 제곱의 합을, 저장하는 것이, 예상될 수 있다.
ESR의 예상된 크기 차수 때문에(= 50 milliohms), ESR2 (또는 ESR)의 계산은 작은 값을 제공한다. 이것은 필연적으로 매우 정확한 실수(real number)로써 작업하는 것을 요구한다. 따라서, 정확성의 간접 손실 없이 정수로 나타낼 수 있도록 큰 수인, ESR의 역수([ESR-1]) 또는 ESR 제곱의 역수([ESR-2])로 작업하는 것이 유리하다. 이것은 위에서 사용 및 특정된 기본 방정식을 뒤집음으로써 간단히 만들어진다.
선택된 계산 방법에 무관하게, 매개 변수 SOC 및 SOH 는 하기의 관계식을 이용하여 결정된다. :
Figure pct00039
여기서 UN 및 UL 은 각각 동작하는 소자의 고전압 및 저전압이다.
Figure pct00040
여기서 Cinit 및 ESRinit 는 동작 중인 소자의 특성 C 및 ESR 의 초기값이다. 매개변수 SOH가 값(-20%, 100%)에 도달할 때, 즉, 동작 중인 상기 소자가 캐패시턴스의 20% 및 ESR의 두배의 손실을 보일 때, 상기 소자가 라이프의 단부에 있음은, 일반적으로 받아들여진다.
전술한 실시예들 또는 변형예들은 추구되는 실용적 어플리케이션 유형에 적용될 수 있다.
따라서, 저장 수단이 계속적으로, 별도의 분리된 동작 페이스(phase)없이, 동작하는 경우에, 상기 측정 및 계산은 간단하며 그리고 즉각적으로 수행될 수 있다. 이 시나리오는 예를 들면 전술한 직접 계산 방식(실시예 1)을 사용할 수 있다.
따라서, 상기 저장 수단이 다른 페이스에 따라서 동작하는 경우에, 예를 들면 최대 동작 속도 그리고 아이들(idle)의 경우에, 상당히 많은 수의 데이터 항목이, 처리(processing) 없이 저장될 수 있으며 그리고 예를 들면 상기 저장 소자가 아이들(idle)일 때 복잡한 계산이 중요하지 않은 순간에서 수행될 수 있다. 이 시나리오는 예를 들면 전술한 간접 계산 방식(실시예2)을 사용할 수 있다.
계산 능력 및 사용되는 하드웨어를 단순화하고 그리고 비용 감소를 위해서, 정수값으로 동작하는 것이 더욱 유리하다. 이것은 측정값의 규모를 정수값의 규모로 이산화(discretize)하는 것을 의미한다 (실제에 있어서 측정값의 디지털화 때문에, 상기 센서가 상기 측정된 변수의 이미 이산화된 값을 제공하는 경우에도) .: 따라서 ESR의 역수로 동작하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명에 따른 저장 어셈블리 실시예의 개략도이다
도 1에 도시된 저장 어셈블리(100)는 전기 회로(104)에 의해 함께 연결된 4개의 용량성 에너지 저장 수단(1021-1024), 및 저장 소자들을 특성화시키기 위한 장치(106)를 포함한다.
상기 저장 소자들(1021과 1022)은 전기 회로(104)의 분기(1041) 상에서 직렬로 설치되고, 상기 저장 소자들(1023과 1024)은 전기 회로(104)의 분기(1042) 상에서 직렬로 설치된다. 분기(1041 및 1042)는 하나의 동일 전기 회로(104)의 서로 평행하는 2개의 분기이다.
특성화 장치(106)는, 각각이 에너지 저장 소자(1021-1024) 각각에 연결된 전압 측정 모듈(1081-1084)을 포함한다. 장치(100)는 또한, 저장 소자 세트(102)의 터미날에서의 전압에 대응하는, 분기(1041과 1042) 각각의 터미날에서의 전압을 측정하는 전압 측정 모듈(110)을 포함한다.
상기 전압 측정 모듈들(1081-1084 및 110) 각각은 0　-　5V 아날로그-대-디지털 변환기(ADC)인 전압 센서를 포함한다.
추가로, 상기 전압 측정 모듈(110)은, 5V보다 큰 모듈의 공칭 전압(Un) 때문에, 상기 센서 ADCM(1102)의 입력에서 전압 분배기 스테이지(voltage divider stage;1101)를 포함한다. 상기 전압 분배기(voltage divider)는, 여기서 각 분기에 직렬로 된 요소의 수로서, 2로 선택된다. 상기 전압 분배기 스테이지(1101)는 저항소자 및 다른 수동 부품들의 조합에 의해 수동적으로, 또는 수동 부품과 트랜지스터 또는 동작 증폭기 형태의 능동 부품의 조합에 의해 능동적으로 생성될 수 있다.
상기 장치(100)는 각각이 분기(1041 및 1042) 각각에 위치하는 전류 측정 모듈(1121 및 1122)을 더욱 포함한다. 상기 장치(100)는 상기 저장 수단 세트를 통과하는 전류를 측정하고 그리고 일반 분기로 호칭되는, 전기회로의 분기(116)에 위치하는 모듈(114)를 더욱 포함하며, 전기회로에서 전기회로의 상기 분기(1041 및 1042)는 결합된다.
상기 전류 측정 모듈들(1121 및 1122 및 114)은 다른 형태의 전류 센서를 사용한다.
상기 모듈(114)은, 예상되는 고전류값이 디지털 션트(shunt)의 사용을 허용하지 않기 때문에, 멀티-레인지 홀 효과 센서(multi-range Hall effect sensor, 1141)를 사용한다. 이 센서(1141)의 출력 신호가 아날로그 신호이므로, 상기 모듈(114)은 상기 멀티-레인지 홀 효과 센서(1141)의 뒤쪽에 배치된 센서 ADC(1142)를 포함한다.
분기(1041) 상에 배치된 상기 전류 측정 모듈(1121)은, 분기(1041) 수준에서 예상된 전류 값이 이 기술과 호환되기 때문에, 특히 제어가능한 리세트를 포함하여, 집적된 전하량을 측정하는 디지털 션트를 포함한다.
분기(1042) 상에 배치된 상기 전류 측정 모듈(1122)은 디지털 출력을 가지는 플럭스게이트 자기 센서(fluxgate magnetic sensor)를 포함하며, 이는 절연성 측면에서는 상기 디지털 션트보다 유리하나, 부피가 더 커서, 이를 회로 내에 위치시키는 것은 더욱 어렵다.
상기 내부 분기(1041 및1042) 용의 상기 전류 측정 모듈(1121 및 1122)은 따라서 오직 전술한 바와 같은 전류 센서만을 포함한다. 상기 전압 측정 모듈(1081-1084)은 오직 ADC 센서만을 포함하며, 후자(상기 ADC 센서)는 상기 전류 측정 모듈(1121 및 1122)의 센서 각각에 동등한 시간 프레임을 가진다.
전술한 바와 같이, 전압 분배기의 스테이지(1101) 및 ADC 센서(1102) 외에 추가로, 상기 전압 측정 모듈(110)은, 전압 측정의 시간 프레임을 상기 전류 측정 모듈(114)의 것에 균등하도록 만들기 위해서, 아날로그 저역 통과 필터(1103)를 포함한다. 여기에 기술된 실시예에 있어서, 상기 아날로그 저역 통과 필터(1103) 는 상기 전압 분배기 스테이지(1101)의 출력단과 상기ADC 센서(1102)의 입력단 사이에 위치된다. 상기 아날로그 저역통과 필터(1103)는 레지스터, 캐패시터 및 다른 수동 부품들의 결합에 의해 수동적으로 또는 수동 부품들 및 트랜지스터 또는 동작 증폭기 형태의 능동 부품들의 결합에 의해 능동적으로 생성될 수 있다. 독립적으로 설명 및 도시되었으나, 상기 전압 분배기 스테이지(1101) 및 상기 아날로그 저역통과 필터(1103)는 하나의 동일 전기회로로 그룹화/집적화될 수 있다.
상기 장치(100)는, 상기 전류 측정 모듈(114) 내에, 전술한 요소(1141 및 1142)외에 추가로, 최후의 리셋 명령 이후, 상기 저장 소자들(102)에 의해 형성된 상기 저장 어셈블리내에서 흐르는 전하량의 측정값을 제공할 수 있게 하는 아날로그 적분기 스테이지를 포함한다. 이 적분기 스테이지는 리셋 명령을 적분하는 아날로그 적분기(1143) 및 아날로그 적분기(1143)에 대해 직렬로 위치하며, 적분된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC 센서(1144)를 포함한다. 상기 아날로그 적분기(1143)는 레지스터, 캐패시터 및 다른 수동 부품들의 결합에 의해 수동적으로 또는 수동 부품들 및 트랜지스터 또는 동작 증폭기 형태의 능동 부품들의 결합에 의해 능동적으로 생성될 수 있다.
또한 상기 장치(100)는 온도 센서(116) 및 압력 센서(118)를 포함한다. 이들 센서들은, 모든 저장 소자들(102)에 공통되는 방식을 고려하여, 모듈 내에서의 온도 및 압력을 측정한다. 이들은 공지된 형태로서 이들의 구성은 더이상 상세히 제공되지 않는다.
상기 장치(106)는 모든 측정 모듈들(108-114) 및 모든 센서들(116-118)에 연결된, 중앙 처리 유니트(120)를 포함한다.
상기 중앙 처리 유니트는 전술된 센서들에 의해 측정된 값을 저장하도록 된 메모리(122)를 가진다. 상기 메모리(122)는 각 저장 소자(102)에 관련된 값을 각각 개별적으로 저장한다. 또한 상기 메모리(122)는 온도 및 압력 값을 저장하고, 그리고 기준 조건 내의 소정 값에서의 압력 및 온도를 사용하여 결정되는, 측정된 전류 및 전압 값이 실제 조건으로 복원되도록 하는 변환 테이블을 저장한다.
상기 중앙 처리 유니트(120)는 또한, 소정 계산 알고리즘에 따라, 특히 전술한 바와 같이, 측정 모듈로부터 얻은, 그리고 하기의 통계적 변수, 처음에는 ESR 및 C, 다음으로 SOC 및 SOH, 등의 값들을 얻기 위해서 상기 계산 수단에 미리-프로그램된 데이터를 처리할 수 있게 하는, 예를 들면, 하나 또는 그 이상의 마이크로컨트롤러를 포함하는 계산 수단(124)을 포함한다.
상기 중앙 처리 유니트(120)는 또한, 특히, 전압, 전류, 온도 및 압력을 측정하는 모듈 세트를 제어하고 그리고 다른 측정 모듈에 의한 측정 세트를 개시도록 구성된 클럭(1261)을 포함하는, 제어 유니트로 불리는 제어 수단(126)을 포함한다.
상기 계산 시간을 최적화하기 위해서, 상기 중앙 처리 유니트(120)는 또한 상기 플럭스게이트 자기 센서(1122)에 기인하는 전류의 시간적 디지털 적분에 전용하는 계산 수단(128)을 포함한다. 상기 계산 수단(128)의 목적은 전류 측정값(I)으로부터 전하량 측정값(Q) 을 계산하는 것이다. 이 동작을 수행하기 위해서, 전용의 계산 수단을 사용할 필요 없이, 상기 계산 수단(124)을 사용하는 것도 가능하다.
여기에 기술된 실시예에 있어서, 상기 중앙 처리 유니트(120)의 상기 수단들(122, 124, 126 및 128)은 상기 중앙 처리 유니트(120) 내에서 디지털적으로 그리고 양방향으로 상호 통신할 수 있다. 특히, 전용 계산 수단(128)은 제어 유니트(126), 상기 계산 수단(124) 및 상기 메모리(122)에 연결된다. 특히, 상기 계산 수단(124)은 상기 제어 유니트(126) 및 상기 메모리(122)에 연결된다.
여기에 기술된 실시예에 있어서, 상기 중앙 처리 유니트(120) 그리고 더욱 특별하게는 상기 제어 유니트(126)는 모든 측정 모듈과 통신할 수 있다. 디지털 센서들을 포함하는 상기 모듈들은 상기 중앙 처리 유니트(12)와 디지털 통신한다. 상기 전류 센서인 멀티-레인지 홀-효과 아날로그 제어부(1141)는, 하류 방향에서는, 즉 상기 중앙 처리 유니트(120)로부터 상기 측정 모듈(114)로 아날로그 방식으로, 상류 방향에서는, 즉 상기 측정 모듈(114)로부터 상기 중앙 처리 유니트(12)로 디지털 방식으로, 상호 평행하게 통신하게끔 한다.
상기 온도 측정 센서(116) 및 상기 압력 측정 센서(118)는 센서 선택의 함수로서 상기 중앙 처리 유니트(120)와 아날로그 및/또는 디지털 방식으로 통신한다. 상기 통신은 필연적으로 상부 방향, 즉 상기 센서로부터 상기 중앙 처리 유니트(120)로, 사용된다. 기술된 실시예에 있어서, 통신은 양 방향에서 유사하며, 이는 상기 중앙 처리유니트(120) 내에서 이들 신호의 입력에서 아날로그-대-디지털 변환 수단(미도시)가 존재함을 추정한다.
도 1에 도시된 상기 저장 어셈블리(100)는, 상기 저장 소자들(1021-1024) 및 상기 특성화 장치(106)외에 추가로, 상기 특성화 장치(106)에 의해 공급된 그리고 더욱 특별하게는 상기 특성화 장치(106)의 중앙 처리 유니트(120)에 의해 공급된 데이터의 함수로서, 상이한 에너지 저장 소자들(1021-1024)의 밸런싱 유니트 (balancing unit. 130)를 더욱 포함한다.
이 밸런싱 유니트(130)는 상기 특성화 장치(106)에 의해 획득되고 상기 저장 수단(122)에 저장된 데이터의 함수로서 상기 저장 수단 수단들(1021-1024)에 작용한다.
이 밸런싱 유니트(130)는 상기 메모리(122)에 링크/연결된다.
도 1에서는 상기 중앙 처리 유니트(120)와 독립적으로 도시되었으나, 상기 밸런싱 유니트(130)는 바람직하게는 상기 중앙 처리 유니트(120) 내에 통합될 수 있다.
도 1에서, 실선의 연결은 아날로그 연결을 표시하며 그리고 점선의 연결은 디지털 연결을 표시한다.
도 2는 본 발명에 따른, 용량성 저장 소자의 특성화를 위한 방법의 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 2에 도시된 방법(200)은, 저장 요소, 예를 들면 각각의 저장 요소(102i)를 위한 측정 사이클, 또는 저장 요소들로 이루어진 그룹, 예를 들면 상기 저장 소자들(1021 및 1022)을 포함하는 그룹, 또는 상기 저장 소자들(1023 및 1024)을 포함하는 그룹 또는 모든 저장 소자들(1021-1024)을 포함하는 그룹을 위한 측정 사이클을 수행하기 위한 단계(202)를 포함한다.
상기 단계(202)는, 전압 측정 모듈, 예를 들면 도 1의 장치의 모듈(108) 또는 모듈(110)로써 각 저장 요소/그룹에 대한 일련의 전압 측정을 수행하는 단계(204)를 포함한다.
또한 상기 단계(202)는, 상기 단계(204)와는 적어도 부분적으로 동시에 진행하는 것으로 전류 측정 모듈, 예를 들면 도 1의 장치의 모듈(112) 또는 모듈(114)로써 각 저장 요소/그룹에 대한 일련의 전류 측정을 수행하는 단계(206)을 포함한다.
상기 전압 및 전류의 측정은, 각 저장 요소/그룹과 연관된 측정 모듈에 의해 교차/인터리브 방식(alternating/interleaved manner)으로 수행된다.
측정 단계(204 및 206)는, 예를 들면 인터리브 방식에서 매 5밀리초(milliseconds)마다 각 센서에 의해 측정이 이루어지도록, 실행된다.
측정 단계 각각 또는 측정 단계 양자는 40 밀리초(milliseconds)의 전체 주기에 걸쳐서 수행될 수 있다. 따라서, 각 측정 사이클(22) 동안 각 저장 요소/그룹에 대해서 8개의 전압값 및 8개의 전류값으로 이루어진 측정 세트가 획득된다. 상기 측정값들은, 상기 측정 모듈의 결과로서, 도 1의 장치(106)의 제어 유니트(126)와 같은 제어 유니트에 의해 개시될 수 있다.
상기 전체 측정 주기의 70% 이상의 기간 동안에 2개가 중첩하는 주기에 걸쳐서 일련의 전류 측정 및 일련의 전압 측정이 수행되도록, 전류 및 전압 측정이 이루어진다.
또한 상기 방법(200)은, 전하량(ㅿQ)을 측정하는 단계 (208)을 포함한다. 이 단계(208)는 측정 사이클(22) 이전, 측정 사이클(22) 동안, 또는 측정 사이클(22) 이후에 수행될 수 있다. 이러한 단계(208)는 예를 들면, 제어 유니트(126)에 의해 수행될 수 있다. 그리고 이러한 단계(208)는 -전류 센서, 예를 들면 특정의 집적 센서를 가지는 전류 센서(1121)로 방출되는 상기 디지털 신호, - 전류 측정 모듈의 적분 스테이지, 예를 들면 상기 전류 측정 모듈(114)의 적분 스테이지로 향하는 아날로그 신호, 또는 -전류 측정 모듈, 예를 들면 전류 측정 모듈(1122)에 연결된 전용의 계산 수단 그리고 상기 모듈(128)의 전용의 계산 수단으로 향하며, 그리고 상기 전용 계산 수단의 디지털 리셋에 의한, 디지털 신호에 의해서 수행될 수 있다.
상기 전하량의 측정 또는 전류의 적분은 소정 주기, 예를 들면 8초 동안 이루어지며 그리고 사용된 전류 측정 모듈 각각에 대한 전하량 값을 제공한다.
상기 방법은 또한, 온도, 압력 등의 다른 매개변수를 주기적으로 측정하는 선택 단계(210)를 포함한다. 이 측정의 주기성은 예를 들면 40초이다.
획득된 측정값은, 선택 단계(212)동안에, 어떤 센서의 경우, 예를 들면 도 1의 전압 센서(220)의 경우에는 아날로그 방식으로 필터링될 수 있다.
단계(214) 동안에, 획득된 측정값은 저장 수단, 예를 들면 도 1의 저장 수단(122)으로 전송되고 그리고 상기 에너지 저장 소자들의 각 소자 또는 그룹과 관련되어 저장된다.
다음으로 저장된 데이터들은 추출되고 그리고 단계 215에서, 각 에너지 저장 소자들/그룹에 대해서, 예를 들면 계산 수단(124)를 통해서 아래의 중간 통계 변수(intermediates statistical variables), 통계변수(statistical variables)를 계산하기 위해 사용된다. :
- 아래와 같은 중간 통계 변수(intermediates statistical variables):
·40 밀리초의 각 측정 사이클에 대한 값을 제공하는, 8개 값으로 된 각 일련(series)에 대한, 전압(U) 및 전류(I)의 평균,
·40 밀리초의 각 측정 사이클에 대한 값을 제공하는, 8개 값으로 된 각 일련(series)에 대한, 전압(U) 및 전류(I)의 분산(variance),
·상기 계산이 이 목적을 위해서, 업데이트되지 않은 통계적 변수 ESR의 저장된 값을 사용하므로, 8초의 측정 사이클 각각에 대해서 필연적으로 근사치인 값을 제공하는, 오믹 강하(ohmic drop)의 수정 전압(corrected voltage)의 변화량(variation) (ㅿV　=　ㅿU　-　ESR　×　ㅿI). 이들 값들은, 이들이 전하량(ㅿQ)의 각 측정값에 대응하도록 함으로써 차후에 사용되며, 이러한 측정은 전압 및 전류의 복수의 측정 사이클에 걸쳐서 수행되어서, 상기 용량성 효과가 고려된다.
- 아래와 같은 통계 변수:
·상기 계산이 이 목적을 위해서, 업데이트되지 않은 통계적 변수의 저장값을 사용하므로, 40 밀리초의 각 측정 사이클에 대해, 필연적으로 근사치인 값을 제공하는, 전술한 소정의 공식을 이용하는 SOC.
따라서 이들 후자의 값을 위해서는, ESR 및 C의 값을 아는 것이 필요한데, 이것은 어플리케이션의 개시 시 초기값의 저장을 의미한다. 이들 값들은 ECR 및 C의 이전 계산 과정 중에 획득된 데이터로부터 획득되거나, 또는 안된다면 예를 들면 상기 방법(200)의 개시 시의 이론값으로부터 획득된다.
다음, 상기 방법(200)은 변환 계수를 계산된 값에 적용하는, 선택 단계(216)를 포함한다. 이들 변환 계수는, 저장 수단에 저장된 변환 테이블에 미리 주어져 있으며, 그리고 측정에 해당하는 시간 간격 동안에 측정된 온도, 압력 등과 같은 다른 매개변수의 측정에 의해서 확인되고, 상기 측정을 위해서 평균, 분산, 변화량 및 다른 통계적 변수들이 계산된다. 이들 다른 매개변수의 측정은 전술한 선택 단계(210) 동안에 주기적으로 수행되어 왔다. 이들 매개변수의 측정의 주기성이 다르기 때문에, 고려된 이들 매개변수의 값은 전압(U) 및 전류(I)의 측정 시에 측정된 마지막 값이다. 계산된 그리고 선택적으로 수정된 값들은 단계(218) 동안에 상기 저장 수단에 저장된다.
측정 사이클 또는 측정 수가 K일때, 예를 들면 160초 동안에 전압(U) 및 전류(I)에 대한 32000회의 측정(k=32000), 즉 4000쌍의 (varU, varI) 값, 20쌍의 (ㅿQ, ㅿV) 값 및 다른 매개변수(온도, 압력 등) 각각의 4개 값 및 수행된 상기 측정/계산의 결과가 상기 저장 수단에 저장될 때, 상기 방법(200)은, 전술한 소정의 공식을 이용하여, 특히 전술한 바와 같은 슬라이딩 방식으로, k 측정 사이클 또는 k번의 측정에 대해 선형 회귀(linear regression)에 의한 계산을 하는 단계(220)을 포함한다. 상기 스텝(220)은 각 상기 에너지 저장 소자에 대한 ESR, C 및 SOH 그리고 선택적으로 SOC의 업데이트 값을 제공한다. 이들 업데이트 값들은 단계(220)의 종료단계에서 상기 저장 수단에 저장되어서 전술한 바와 같이 상기 방법(200)의 미래 사이클을 위해 고려된다.
또한, 상기 방법은, 복수의 에너지 소자들을 포함하는 저장 어셈블리의 에너지 저장 소자 각각에 대해서 획득된 상이한 전압, 전류, 캐패시턴스, 저항 및 SOC 데이터를 사용하여 밸런싱을 수행하기 위한 단계(222)를 더욱 포함한다. 이러한 밸런싱 단계는 도 1의 밸런싱 유니트(130)와 같은, 밸런싱 유니트를 통해서 수행될 수 있다. 상기 밸런싱 단계는 전술한 매개변수 중의 적어도 하나와 관련된 소정의 밸런싱 규칙의 함수로서 수행된다.
도 3은 본 발명에 따른 전압 및 전류의 인터리브 측정을 실현하기 위한 몇몇 구성의, 비한정적인 개략도이다.
전술한 모든 구성에서, PT 는 일련의 전압 측정에 대한 전압 측정 주기를 나타내며, PC 는 일련의 전류 측정에 대한 전류 측정 주기를 나타내며 그리고 P 는 전압 측정 주기(PT) 및 전류 측정 주기(PC) 양자를 포함하는 전체 주기를 나타낸다. 후술하는 모든 구성에 있어서, PT 및 PC 는 P의 70% 이상의 기간에 걸쳐서 시간적으로 중첩한다.
구성(302)에서, 상기 전압 및 전류 측정은, 각 전압 측정에 대해서 전류 측정이 이루어지도록, 동기화된다. 이 구성에서는, PT　=　PC　=　P. 그 결과로, 일련의 전압 측정에 걸리는 전압 측정 주기와 일련의 전류 측정에 걸리는 전류 측정 주기는 전체 주기의 100% 동안 중첩된다. 또한, 두 개의 연속하는 전압 측정들 간의 시간은 두 개의 연속하는 전류 측정들 간의 시간과 동일하다, 즉 전압 측정 주파수는 전류 측정 주파수와 같다.
구성(304)에서, 상기 전압 및 전류 측정은, 각 전압 측정에 대해서 전류 측정이 상기 전압 측정 후 ㅿt의 시간 간격을 두고 실행되도록, 지그재그 방식으로 이루어진다. 이 구성에서, PT　=　PC 이고 ㅿt 는 P와 비교하여 매우 짧다. 또한, ㅿt는 두 개의 연속하는 전압 측정들(또는 두 개의 연속하는 전류 측정들) 간의 시간과 비교해도 매우 짧다. 또한, 두 개의 연속하는 전압 측정들 간의 시간은 두 개의 연속하는 전류 측정들 간의 시간과 동일하다, 즉 전압 측정 주파수는 전류 측정 주파수와 같다.
구성(306)에서, 상기 전압 및 전류 측정은, 각 전압 측정에 대해서 전류 측정이 상기 전압 측정 후 ㅿt에 실행되도록, 교대로 이루어진다. 이 구성에서, PT　=　PC 이고 ㅿt 는 두 개의 연속하는 전압(또는 전류) 측정간의 시간의 반과 같다. 또한, 두 개의 연속하는 전압 측정들 간의 시간은 두 개의 연속하는 전류 측정들 간의 시간과 동일하다, 즉 전압 측정 주파수는 전류 측정 주파수와 같다.
구성(308)에서, 전압 및 전류 측정은 지그재그 방식으로 그리고 다른 측정 주파수로 실행된다. 전체 측정 주기(P)는 전압 측정과 함께 시작하고 종료된다, 따라서 PT　=　P이다. 또한, 각 전류 측정에 대해서, 2개의 전압 측정이 실행된다. 각각의 전류 측정은 전압 측정 후 ㅿt의 시간 간격을 두고 이루어지며, ㅿt 는 P, PT 및 PC와 비교하여 매우 짧다. 또한, 두 개의 연속하는 전압 측정들 간의 시간은 두 개의 연속하는 전류 측정들 간의 시간의 반이다, 즉, 전압 측정 주파수는 전류 측정 주파수의 2배이다.
구성(310)에서, 전압 및 전류 측정은 동기화되고, 교대로 그리고 다른 측정 주파수로 수행된다. 전체 측정 주기(P)는 전압 측정과 함께 시작하고 종료된다, 따라서 PT　=　P이다. 제1 전류 측정은, 제1 전압 측정 후의 시간 간격 ㅿt 에 실행되며, ㅿt는 두 개의 전압 측정들 간의 간격의 반과 같다. 또한, 두 개의 연속하는 전압 측정들 간의 기간이 두 개의 연속하는 전류 측정들 간의 기간의 2/3와 같기 때문에, 즉, 전압 측정 주파수가 전류 측정 주파수의 1.5배이므로, 실행된 각 전류 측정에 대해서는, 두 개의 전압 측정이 이루어진다.
구성들(302-310)에서, 전압 측정 주파수와 전류 측정 주파수 각각은 일정하다.
구성(312)에서, 전압 및 전류 측정들이, 지그재그 방식으로 실행되고 그리고 본 구성에서의 전류 측정에 대해서만, 비한정적으로 시간에 따라 일정하지 않은 측정 주파수로 실행된다. 전체 측정 주기(P)는 전압 측정과 함께 시작하고 종료된다, 따라서 PT　=　P이다. 각 전압 측정에 대해서, 전류 측정은 전압 측정 후의 시간 간격 ㅿt 에서 실행된다. 이 구성(312)에서, 시간 간격 ㅿt는 일정하지 않고, 각 측정에 대해서 변하며 그리고 마지막 전압 측정과 동시에 실시되는 마지막 전류 측정에 대해서는 심지어 0이다.
구성(314)에서, 전압 및 전류 측정들이, 지그재그 방식으로 실행되고 그리고 비한정적으로 상기 구성에서 일련의 전류 측정들 중의 하나를 개시함에 있어서 지연하여 실행된다. 상기 전체 주기(P)는 전압 측정과 함께 시작하고 그리고 전류 측정과 함께 종료한다. 측정 주기는 제1전압 측정, 제2 전압 측정 및 상기 제2 전압 측정으로부터 시작하는 각 전압 측정 후의 전류 측정을 포함한다. 상기 측정 주기는 하나의 전류 측정 뒤에 후속하는 것으로서 전압 측정이 수행되지 않는 다른 전류 측정과 함께 종료한다. 이 구성(312)에서, 전압 및 전류 주파수의 측정은 동일하고 일정하다. 전압 측정 주기는 상기 전류 측정 주기에 대해서 두 개의 연속하는 전압(또는 전류) 측정값간의 기간과 동일한 기간과 제 2 전압 측정과 제 1 전류 측정((또는 마지막 전압 측정과 끝에서 두 번째의 전류 측정)을 분리시키는 일정한 기간 ㅿt 만큼의 차이를 가진다.
물론, 본 발명은 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니다. 설명된 실시예들은 다수의 변형예를 가질 수 있다. 예를 들어, 변환 단계(218) 및 밸런싱 단계(222) 는 도 2에 도시된 계산 방법(200)의 다른 순간에서 실시될 수 있으며 그리고 /또는 상기 방법 동안에 수회 실시될 수 있다. 유사하게, 상기 선택적인 필터링 단계(21)는 예를 들면 도 1의 계산 수단(124)에 의해서 디지털적으로 실시될 수 있다. 유사하게, 중간 통계 변수들을 계산하는 단계(215)도 필수 단계는 아니고 그리고 통계 변수를 계산하는 단계(220)는 홀로 독립할 수 있으며, 그리하여 전술한 실시예1에서 기술된 바(직접 계산법)와 같이, 보충적 계산뿐만 아니라 단계(215) 동안에 실시된 계산의 전부 또는 일부를 포함한다. 이 경우에 있어서, 상기 저장 단계들(214 및 218)은 또한 하나의 단계, 예를 들면 선택 변환 단계(216)의 존재의 함수로서, 하나의 저장 단계(218)로 묶일 수 있다. 또한, 측정의 구성들은 도 3을 참고로 하여 기술된 것과는 상이할 수 있다.

Claims (17)

  1. 용량성 효과를 통해 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 요소(102)를 특성화시키기 위한 장치(106)로서,
    - 전압 센서로 불리는, 상기 소자(102)의 전압을 측정하는 적어도 하나의 측정 수단을 포함하는, 적어도 하나의 전압 측정 모듈(108, 110);
    - 전류 센서로 불리는, 상기 소자(102)의 전류를 측정하는 적어도 하나의 측정 수단을 포함하는, 적어도 하나의 전류 측정 모듈(112, 114);
    - 각 저장 소자(102)에 대해서 적어도 하나의 측정 사이클을 수행하기 위한, 상기 저장 모듈들(108-114)의 적어도 하나의 제어 수단(126); 및
    - 상기 모듈들(108-114)에 의한 적어도 하나의 측정 사이클 동안에 취해진 측정값으로부터, 각 저장 소자(102)에 관련된 변수를 통계적으로 계산하기 위한 적어도 하나의 계산 수단(124);를 포함하며,
    - 상기 전압 측정 모듈 및 상기 전류 측정 모듈들 (108-114)은 동일 차수 크기의 응답 역학으로 측정을 수행하도록 구성되며, 즉, 상기 모듈들(108-114)의 유니트-스텝 반응이 동일 시간 차수의 크기를 가지며;
    - 상기 적어도 하나의 측정 사이클은, 전압 측정 주기로 불리는, 시간 주기(PT) 동안의 상기 저장 소자(102)의 터미날에서의 일련의 전압 측정, 및 전류 측정 주기로 불리는, 시간 주기(PC) 동안의 상기 저장 소자(102)를 통과하는 전류에 대한 일련의 측정을 포함하며,
    - 상기 적어도 하나의 제어 수단(126)은 또한, 각 저장 소자(102)별로, 상기 전압 측정 주기 (PT) 및 상기 전류 측정 주기 (PC)가 시간면에서, 상기 저장 소자(102)에 대한 상기 측정 주기들 (PT, PC)을 포함하는, 전체 주기로 불리는 주기(P)의 적어도 70% 이상, 특히 90% 이상을 중첩하도록, 상기 측정 모듈들(108-114)을 제어하도록 구성되는 것을, 특징으로 하는 특성화 장치(106).
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어 모듈(126)이, 10Hz 이상 특히200Hz 주파수에서, 일련의 전압 측정, 일련의 전류 측정 각각을 수행하기 위해서, 전압 측정 모듈(108, 110), 전류 측정 모듈(112, 114) 각각을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 특성화 장치(106).
  3. 선행하는 청구항들 중의 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 전류 센서(112, 114)가, 디지털 저항 센서, 또는 홀-효과 멀티-레인지 센서(1141), 또는 플럭스게이트 자기 센서(1122)를 포함하는 것을, 특징으로 하는 특성화 장치(106).
  4. 선행하는 청구항들 중의 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 전압 센서(108, 110)는, 입력단에 존재하는 전압의 아날로그-디지털 변환을 수행하도록 구성된 아날로그-대-디지털 변환기 (1081-1084)를 포함하는 것을, 특징으로 하는 특성화 장치(106).
  5. 선행하는 청구항들 중의 어느 하나에 있어서, 하나의 저장 소자(1020)에 관련된 적어도 하나의 전압 측정 모듈(110), 전류 측정 모듈 각각이, 상기 저장 소자(102)에 관련된, 상기 전류 측정 모듈, 전압 측정 모듈 각각의 전류 센서, 전압 센서 각각의 동적 응답에 대해서, 상기 전압 센서(1102), 전류 센서 각각의 동적 응답을 조절하기 위해서, 상기 센서(1102)의 입력단에 공급된 측정될 전기 신호, 및/또는 상기 센서에 의해 출력단에 제공된 측정 신호를 처리함으로써, 상기 모듈(110)의 상기 센서(1102)의 동적 응답을 변경시키는 수단(1103)을 적어도 하나 포함하는 것을, 특징으로 하는 특성화 장치(106).
  6. 선행하는 청구항들 중의 어느 하나에 있어서, 상기 제어 모듈(126)이, 인터리브 전류 및 전압 측정을 수행하기 위해서, 저장 소자(102)에 관련된 상기 전압 측정 모듈(108, 110) 및 상기 전류 측정 모듈(112, 114)을 제어하도록 구성되는 것을, 특징으로 하는 특성화 장치(106).
  7. 선행하는 청구항들 중의 어느 하나에 있어서, 측정 사이클의 상기 전체 주기(P)는 1s 이하, 특히 0.2s이하인 것을, 특징으로 하는 특성화 장치(106).
  8. 선행하는 청구항들 중의 어느 하나에 있어서, 전하 센서로 불리는, 상기 저장 소자(102)의 전하량을 측정하는 수단(1143, 128) 을 포함하는, 전하량 측정을 위한 모듈을 더욱 포함하는 것을, 특징으로 하는 특성화 장치(106).
  9. 선행하는 청구항들 중의 어느 하나에 있어서, 일련의 측정 동안 상기 측정 모듈들(108-114)에 의해 측정되거나 또는 상기 계산 수단(124)에 의해 계산된 값의 적어도 일부분을 저장하기 위한 버퍼 메모리(122)를 더욱 포함하는 것을, 특징으로 하는 특성화 장치(106).
  10. 제9항에 있어서, 상기 특성화 장치(106)는 측정 및/또는 계산된 값을 상기 버퍼 메모리(122)에 저장된 값과 비교하는 수단을 포함하며, 새롭게 측정 및/또는 계산된 값은 상기 비교 수단에 의해 공급된 결과의 함수로써 상기 버퍼 메모리(122)에 저장되는 것을, 특징으로 하는 특성화 장치(106).
  11. 선행하는 청구항들 중의 어느 하나에 있어서, 상기 계산 수단(124)은 하나의 측정 사이클 동안 상기 측정 모듈들에 의해 측정된 값들로부터 적어도 하나의 통계적 변수를 계산하도록 구성되는 것을, 특징으로 하는 특성화 장치(106).
  12. 선행하는 청구항들 중의 어느 하나에 있어서, 상기 계산 수단(124)은 복수의 측정 사이클 동안 상기 측정 모듈들에 의해 측정된 값들로부터 적어도 하나의 통계적 변수를 계산하도록 구성되는 것을, 특징으로 하는 특성화 장치(106).
  13. 선행하는 청구항들 중의 어느 하나에 있어서, 각 에너지 저장 소자(102)와 관련된 다른 매개변수를 측정하는 적어도 하나의 수단(116, 118) 및 실제 조건하에서 측정된 값들을 기준 조건하에서 측정된 값들로 변환시키기 위한 수단을 포함하는 것을, 특징으로 하는 특성화 장치(106).
  14. 에너지 저장 어셈블리에 있어서, 직렬 및/또는 병렬로 설치된 용량성 효과를 통한 에너지를 저장하기 위한 복수의 소자들 (1021-1024); 및 상기 에너지 저장 소자들(1021-1024)의 적어도 하나를 위한, 특성화 데이터의 적어도 하나의 항목을 제공하는, 전술한 청구항들 중의 어느 하나에 따른 특성화 장치(106)를 포함하는 에너지 저장 어셈블리(100).
  15. 제14항에 있어서, 상기 에너지 저장 어셈블리(100)가 상기 특성화 장치(106)에 의해 공급된 데이터의 적어도 하나의 항목의 함수로써 상기 저장 소자의 밸런스를 변경시키기 위한 수단(130)을 포함하는 것을, 특징으로 하는 상기 에너지 저장 어셈블리(100).
  16. 용량성 효과를 통해서 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 소자(102)를 특성화시키기 위한 방법 (200)에 있어서, 상기 방법(200)은, 각 저장 소자별(102)로,
    - 측정 사이클을 구성하는 것으로서, 전압 센서로 불리는, 상기 저장 소자(102)의 터미널에서의 전압을 측정하는 적어도 하나의 측정 수단을 포함하는, 전압 측정 모듈(108, 110)에 의해 수행된 일련의 전압 측정(204); 및, 전류 센서로 불리는, 상기 저장 소자(102)를 통과하는 전류를 측정하는 적어도 하나의 측정 수단을 포함하는, 적어도 하나의 전류 측정 모듈(112, 114)에 의해 수행된 일련의 전류 측정(206)을 적어도 한번 반복하는 단계, 및
    - 상기 전압 및 전류 측정들로부터 상기 저장 소자(102)에 관련된 변수를 통계적으로 계산하는 단계(220)를 포함하며;
    상기 일련의 전압 측정 및 전류 측정은 2개의 측정 주기(PT,PC) 에 걸쳐서 실시되며, 상기 측정 주기는 시간면에서 상기 측정 주기들 (PT, PC)을 포함하는, 전체 주기로 불리는, 주기(P)의 적어도 70% 이상, 특히 90% 이상이 중첩하며, 상기 측정은 동일 차수 크기의 동적 응답을 가지는 전압 및 전류 측정 모듈(108-114)에 의해 수행되는 것을, 특징으로 하는 특성화 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 방법(200)은 통계적으로 호환성있는 전압 및 전류 측정값을 얻기 위해서 적어도 하나의 전압 센서 또는 적어도 하나의 전류 센서의 동적 응답을 변경시키는 단계를 적어도 하나 포함하며, 상기 변경 단계는, 상기 센서의 일력단에서 공급된, 측정될 전기 전압 또는 전류의 처리, 상기 센서에 의해 출력단에 공급되는 측정 신호의 처리 단계를 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 특성화 방법.
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