KR20200078506A - 에너지 저장 장치 충전 또는 방전 방법 - Google Patents

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Abstract

에너지 저장 장치 충전 또는 방전 방법
본 발명은 모든 배터리 셀(3-7)을 통해 흐르는 직렬 충전 전류 Io에 의해 다수의 직렬 연결된 배터리 셀(3-7)로 구성된 적어도 하나의 셀 블록(20)으로 에너지 저장 장치(2)를 충전 또는 방전하는 방법에 관한 것이며, 배터리 셀(3-7)의 적어도 일부는 상이한 커패시턴스 CN를 가질 수 있다.
에너지 저장 장치의 신뢰성 있고 빠른 충전을 가능하게 하기 위해, 본 발명은 일정한 시간 간격으로 셀 블록의 N 개의 배터리 셀의 커패시턴스 CN를 측정하는 과정과, 각각의 배터리 셀에 대해 측정된 커패시턴스와 기규정된 C-팩터(커패시턴스 CN에 대한 최대 충전 전류 IN;max의 비율)에 기초하여 각 배터리 셀에 대한 최대 충전 전류를 결정하는 과정을 제안한다. 이러한 최대 충전 전류로, 배터리 셀은 C 팩터에 의해 미리 정의된 충전 시간 t(t ≤ 1/C) 동안 동시에 충전된다. 또한, 직렬 충전 전류 Io에 대응하는 최대 충전 전류를 갖는 배터리 셀은 직렬 충전 전류에 의해서만 충전되고, 직렬 충전 전류보다 큰 최대 충전 전류 IN;max를 갖는 배터리 셀은 직렬 충전 전류와 셀 블록으로부터 제거될 수 있는 보조 충전 전류 IN에 의해, 그리고 직렬 충전 전류에 의해 동시에 충전되며, 이 경우, IN　=　IN;max　-　lO 이며, 직렬 충전 전류 Io보다 낮은 최대 충전 전류 IN;max를 갖는 배터리 셀은 직렬 충전 전류에 의해 충전되고, 동시에, 최대 충전 전류 IN;max를 초과하는 전류 lo　-　IN;max가 방전 전류로 셀 블록에 공급된다.

Description

에너지 저장 장치 충전 또는 방전 방법
본 발명은 모든 배터리 셀을 통해 흐르는 직렬 충전 또는 방전 전류에 의해 다수의 직렬 연결된 배터리 셀로 구성된 적어도 하나의 셀 블록으로 에너지 저장 장치를 충전 또는 방전하는 방법에 관한 것으로, 여기서 배터리 셀 중 적어도 일부는 다른 커패시턴스를 가질 수 있다.
여러 개의 직렬 연결된 충전식 배터리 셀로 구성된 에너지 저장 장치(축전기)의 경우, 에너지 저장 장치의 수명 동안 에너지 저장 장치가 충전될 때 각 개별 셀이 과충전되거나 과소충전되지 않도록 하는 것과, 가능하다면, 모든 셀이 동일한 충전 상태를 갖는 것이 중요하다. 이는 특히 다중 직렬 연결된 리튬-이온 배터리, 리튬-폴리머 배터리 및/또는 리튬-철-인산 배터리로 구성된 에너지 저장 장치에 적용된다.
일반적으로, 이러한 에너지 저장 장치는 종종 배터리 관리 시스템으로도 불리는 기기에 연결되는데, 이 배터리 관리 시스템은 한편으로 충전 제어 장치를 통해 개별 배터리 셀의 충전 상태를 지속적으로 모니터링하고, 다른 한편으로, 충전 상태가 다른 개별 배터리 셀의 균형(balancing)을 맞추려고 시도한다. 배터리 셀의 충전 상태는 패시브(passive) 또는 액티브(active) 밸런싱에 의해 밸런싱될 수 있다. 또한, 공지된 배터리 관리 시스템의 경우, 적어도 하나의 배터리 셀이 완전히 충전될 때만 충전 밸런싱이 시작되므로, 셀 블록의 전체 충전 프로세스는 비교적 시간 소모적이다.
패시브 밸런싱의 경우, 충전 종료 전압에 도달하는 배터리 셀은 먼저 저항을 통해 잉여 에너지를 열로 변환하여 충전 과정에서 손실된다.
한편, 액티브 밸런싱의 경우, 너무 높은 셀 전압을 가진 배터리 셀로부터 제거된 에너지는 열 에너지로 변환되지 않고 에너지 저장 장치의 다른 셀을 충전하는데 사용된다. 그러나, 액티브 밸런싱의 경우에도, 셀 블록의 배터리 셀 중 적어도 하나가 충전 종료 전압에 도달할 때만 충전 밸런싱이 시작된다.
EP 1 941 594 B1 으로부터, 다수의 직렬 연결된 배터리 셀로 구성된 셀 블록으로 에너지 저장 장치를 충전하는 방법이 공지되어 있으며, 여기서 모든 배터리 셀을 통해 흐르는 직렬 충전 전류에 의해 배터리 셀을 충전하는 것과, 추가적인 선택적 충전 프로세스에 의해 지정된 방식으로 선택된 배터리 셀을 과충전하는 것이 제안되어있다. 선택된 배터리 셀의 충전 상태는 그 후, 다른 배터리 셀의 충전 상태로 조정된다. 셀 블록은 바람직하게는 선택된 배터리 셀의 선택적 충전을 위해 사용된다. 이러한 개별 배터리 셀의 과충전은 납 또는 니켈-카드뮴 배터리로는 가능하지만 리튬-이온 배터리, 리튬-폴리머 배터리 및/또는 리튬-철 인산 배터리로는 불가능하며, 즉시 사라지게 된다.
DE 10 2010 017 439 A1로부터, 다수의 직렬 연결된 배터리 셀로 에너지 저장 장치를 충전하는 방법이 공지되어 있으며, 여기서 개별 배터리 셀은 AC 전압 네트워크에 연결된 대응하는 보조 충전 제어기를 통해 개별적으로 충전된 후, 이러한 보조 충전 제어기를 통해 개별 셀 간의 충전 밸런싱이 수행된다.
마지막으로, DE 10 2012 020 544 A1로부터, 다수의 직렬 연결된 배터리 셀로 에너지 저장 장치를 충전하는 방법이 알려져 있으며, 여기서, 충전 프로세스의 속도를 높이기 위해, 모든 셀에 흐르는 직렬 충전 전류에 추가하여, 보조 충전 전류가 배터리 셀들에 공급되고, 각각의 미리 정의된 충전 상태의 아래로 떨어지는 것이 측정된다. 선택된 배터리 셀의 선택적 충전을 위해, 이 방법은 바람직하게는 별도의 DC 소스를 사용한다.
상기 개략적으로 소개한 공지된 방법의 경우, 해당 배터리 셀의 각각의 충전 상태를 결정하기 위해, 각각의 셀 전압이 측정되고, 그 후, 필요한 경우, 셀 전압이 지정된 셀 전압 값을 넘거나 미만으로 떨어질 때, 상이한 충전 상태의 배터리 셀 사이의 충전 밸런싱이 개시된다. 그러나, 배터리 셀의 각각의 충전 프로세스 동안 셀 전압이 대체적으로 일정하게 유지되는 문제가 있으므로, 해당 배터리 셀의 현재 충전 상태에 관한 셀 전압으로부터 결론을 도출하기 어렵다. 각각의 충전 종료 또는 방전 종료 전압에 도달하기 직전에야, 충전 밸런싱을 위한 대응하는 제어 프로세스에 사용될 수 있는 각각의 셀 전압의 상대적으로 강한 상승 또는 하강이 존재한다.
본 발명은 공지된 방법과 비교하여, 특히 셀 블록의 개별 배터리 셀이 상이한 커패시턴스를 가질 때, 보다 신뢰성 있고 빠른 충전 또는 방전을 가능하게 하는 에너지 저장 장치 충전 또는 방전 방법을 제공하는 작업에 기초한다. 충전 또는 방전 과정 동안 언제라도 각각의 배터리 셀에 대한 각각의 충전 또는 방전 상태를 나타내는 것이 또한 가능해야 한다.
본 발명에 따르면, 이 과제는 청구항 1의 특성에 의한 에너지 저장 장치의 충전 및 청구항 2의 특성에 의한 에너지 저장 장치의 방전과 관련하여 달성된다. 본 발명의 추가의, 특히 유리한 설계는 종속항에 제시된다.
공지된 방법과 대조적으로, 개별 배터리 셀의 충전은 셀 전압을 측정함으로써 제어되고, 측정된 셀 전압에 기초하여, 배터리 셀 중 적어도 하나가 완전 충전될 때에만 개별 배터리 셀 사이의 충전 밸런싱이 수행되며, 발명은 일정한 간격으로 셀 블록의 N 개의 배터리 셀의 커패시턴스 CN을 측정하고, 측정된 커패시턴스 및 미리 정의된 C-팩터(커패시턴스 CN에 대한 최대 충전 전류 IN;max의 몫)에 기초하여 각 배터리 셀의 충전 전류를 결정하는 과정을 제안한다. 이러한 충전 전류는 C-팩터에 의해 미리 정의된 충전 시간 t(t ≤ 1/C) 동안 동시에 N개의 배터리 셀을 충전하는데 사용된다. 이 경우, 직렬 충전 전류 Io에 대응하는 최대 충전 전류를 갖는 배터리 셀은 직렬 충전 전류에 의해서만 충전되고, 직렬 충전 전류보다 큰 최대 충전 전류 IN;max를 갖는 배터리 셀은 셀 블록으로부터 보조 충전/방전 장치를 통해 제거될 수 있는 보조 충전 전류 IN에 의해 그리고 직렬 충전 전류에 의해 동시에 충전되며, 이 경우 IN　=　IN;max　-　IO 이며, 직렬 충전 전류 IO보다 낮은 최대 충전 전류 IN;max를 가진 배터리 셀이 직렬 충전 전류에 의해 충전되고, 최대 충전 전류 IN;max를 넘는 전류 IO　-　IN;max가 보조 충전/방전 장치에 의해 보조 방전 전류로 셀 블록에 동시에 공급된다.
예를 들어, 에너지 원의 가용 전압이 낮기 때문에, 계산된 최대 충전 전류 IN;max가 가용 직렬 충전 전류 Io보다 큰 경우, 모든 배터리 셀은 계산된 최대 충전 전류 IN;max와 서로 같은 비율에 있는 값을 가진 충전 전류로 동시에 충전된다.
따라서 위의 내용은 에너지 저장 장치의 방전과 관련하여 적용된다. 전류 방향만 역전된다. 즉, 충전 전류는 이제 방전 전류가 되고, 보조 충전 전류는 보조 방전 전류가 되고, 보조 방전 전류는 보조 충전 전류가 된다.
본 발명에 따른 방법을 사용할 때, 모든 배터리 셀은 각각의 유용한 용량과 관련하여 충전 또는 방전 동안 동일한 충전 상태를 갖는다. 이것은 셀 블록의 최대 충전 또는 방전 상태와 관련하여 언제든지 이 셀 블록의 각각의 배터리 셀의 각각의 충전 상태를 표시하는 것을 가능하게한다.
이 방법의 최대 충전 또는 방전 시간은 tmax = 1/C 관계에서 도출되고, 모든 배터리 셀에 대해 동일하며, 알려진 방법으로 가능한 것보다 훨씬 짧다. 이러한 충전 또는 방전 시간이 관찰되면, 개별 셀의 과충전 또는 과소충전이 발생하지 않는다.
각각의 커패시턴스에 관계없이 모든 배터리 셀은 각각의 유용한 용량과 관련하여 최대 충전 시간 후에 동일한 충전 상태를 가지므로, 추가적인 액티브 또는 패시브 밸런싱이 필요하지 않다.
발명의 제 1 선호 구현예에서, 최저 커패시턴스를 갖는 배터리 셀이 최대 충전 전류에서 충전되도록, 그리고, 나머지 셀이, 직렬 충전 전류에 추가하여, 각자의 배터리 셀의 커패시턴스와 최저 커패시턴스를 갖는 배터리 셀 간의 차이로부터 나타나는 최대 보조 충전 전류로 각각 충전되도록, 직렬 충전 전류가 선택된다.
제 2 구현예에서, 모든 배터리 셀로부터 결정되는 평균 커패시턴스의 최대 충전 전류에 대응하도록 직렬 충전 전류가 선택된다. 충전 과정 중, 직렬 충전 전류의 일부는 평균 커패시턴스보다 낮은 커패시턴스를 가진 배터리 셀에 대해 할당된 보조 충전/방전 장치를 통해 셀 블록에 다시 공급된다. 다른 한편, 평균 커패시턴스보다 높은 커패시턴스를 가진 배터리 셀은 직렬 충전 전류 및 보조 충전 전류에 의해 동시에 충전된다.
제 3 구현예에서, 최고 커패시턴스를 가진 배터리 셀이 최대 충전 전류에서 충전되도록 직렬 충전 전류가 선택된다. 이 경우에, 나머지 셀들은 직렬 충전 전류에 의해 부분적으로만 충전되고, 직렬 충전 전류 중 각각의 잉여 전류 부분이 할당된 보조 충전/방전 장치를 통해 셀 블록에 다시 공급된다.
에너지 저장 장치의 방전을 위해, 상술한 3개의 구현예가 다시 보여주는 바에 따르면, 전류 방향만이 변화하여, 즉, 충전 전류가 방전 전류가 되고, 보조 충전 전류가 보조 방전 전류가 되며, 보조 방전 전류는 보조 충전 전류가 된다.
에너지 조장소의 의도된 충전 및 방전이 시간을 소비하는 중단 과정없이 수행되어 배터리 커패시턴스를 결정함을 보장하기 위해, 커패시턴스 측정은 직렬 연결 배터리 셀로 수정의 시간 간격으로 자동적으로 수행되는 것이 바람직하다.
제 1 선호 구현예에서, 이를 위해 배터리 셀은 충전 종료 전압 도달시까지 직렬 충전 전류로 초기에 충전되고, 충전 종료 전압에 초기에 도달한 배터리 셀의 과충전은 할당된 보조 충전/방전 장치를 통해 셀 블록에 다시 공급되는 잉여 전류 부분에 의해 방지된다. 그 후 배터리 셀은 최고 커패시턴스를 가진 배터리 셀의 방전 종료 전압 도달시까지 지정된 직렬 방전 전류로 방전된다. 최고 커패시턴스를 가진 배터리에 앞서 방전 종료 전압에 도달한 배터리 셀의 과소충전을 방지하기 위해, 방전 종료 전압 도달 후, 배터리 셀은 할당된 보조 충전/방전 장치를 통해 셀 블록으로부터 전류를 공급받는다.
대응하는 배터리 셀의 커패시턴스(커패시턴스 CN = 방전 전류 Io' x 방전 시간 t)는 배터리 셀의 충전 상태와 각각의 배터리 셀의 방전 종료 전압 도달 사이의 방전 전류의 시간 코스(경과)로부터 도출되어, 셀 블록의 추가적인 최적의 충전 및 방전 과정에 사용된다.
물론, 충전 과정의 시간 경과는 커패시턴스를 결정하기 위해 또한 사용될 수 있고, 또는, 배터리의 방전 및 충전 동안 결정된 커패시턴스 값 사이의 평균값이 사용될 수 있다.
제 2 선호 구현예는 배터리 셀이 직렬로 연결될 때, 전체 셀 블록의 충전 종료 전압이 일반적으로 개별 배터리 셀의 충전 종료 전압의 합보다 낮다는 것을 고려한다.
따라서, 커패시턴스 측정의 경우, 먼저 셀 블록이 충전 종료 전압까지 충전된 다음, 각 개별 배터리 셀은 할당된 보조 충전/방전 장치를 통해 충전 종료 전압 도달시까지 추가로 충전된다.
이어서, 대응하는 배터리 셀의 커패시턴스는 배터리 셀의 충전 상태와 방전 종료 전압에 도달하는 각각의 배터리 셀 사이의 방전 전류의 시간 경과로부터 결정된다. 먼저, 전체 셀 블록은 직렬 방전 전류를 통해 80%의 방전 깊이(DoD)로 방전된다(즉, 셀 블록은 여전히 20%의 잔류 커패시턴스를 가진다). 각각의 개별 배터리 셀은 그에 할당된 보조 충전/방전 장치를 통해 각각의 방전 종료 전압으로 다시 방전된다.
또한, 이 경우에, 각각의 충전 프로세스의 시간 경과는 배터리 셀의 커패시턴스를 측정하기 위해 사용될 수 있고, 또는, 배터리의 충전 및 방전 중에 결정된 커패시턴스 값 사이의 평균값이 사용될 수 있다.
본 발명의 추가 세부 사항 및 장점은 블록도에 기술된 다음 구현예에서 볼 수 있다.
도면에서, 1은 예를 들어 건물의 공급망에 에너지를 공급하기 위해 사용되는, 그리고, 예를 들어, 양방향 AC/DC 컨버터(100)를 통해, 재생 가능 에너지를 생성하기 위한 시스템(태양 광 설비, 풍력 터빈, 바이오가스 플랜트, 등)에 의해 충전 및 방전될 수 있는, 2로 표시된, 에너지 저장 장치를 충전 및 방전하기 위한 기기를 나타낸다.
도시된 구현의 예에서, 에너지 저장 장치(2)는 5개의 직렬 연결된 충전식 배터리 셀(3-7)을 갖는 셀 블록(20)을 포함하고, 제어 가능한 주 충전/방전 장치(8)에 의해 충전 및 방전될 수 있다.
또한, 각각의 배터리 셀(3-7)은 그에 할당된 제어 가능한 보조 충전/방전 장치(9-31)를 통해 셀 블록(20)에 연결된다. 보조 충전/방전 장치(9-13)는 바람직하게는 제어 가능한 양방향 DC/DC 컨버터이다.
보조 충전/방전 장치(9-31) 및 주 충전/방전 장치(8) 모두에게 대응하는 데이터 라인(15)을 통해 연결된 모니터링 및 제어 장치(14)는 개별 배터리 셀(3-7)의 충전 또는 방전 상태를 점검하기 위해 제공된다.
본 발명에 따른 기기(1)의 에너지 저장 장치(2)의 충전 과정은 아래에서 보다 상세하게 설명된다:
먼저, 개별 배터리 셀(3-7)의 커패시턴스(CN)가 측정되어, 모니터링 및 제어 장치(14)의 메모리에 저장된다(예를 들어, 배터리 셀(3, 5, 6)의 커패시턴스(C3, C5 및 C6)는 약 2 Ah, 배터리 셀(4)의 커패시턴스(C4)는 약 2.5 Ah이고 배터리 셀(7)의 커패시턴스(C7)는 약 3 Ah이다).
개별 배터리 셀(3-7)이 나중에, 예를 들어 1C의 충전 전류에서, 충전될 경우(C-팩터가 커패시턴스 CN에 대한 최대 충전 전류 IN;max의 몫을 형성함), 모니터링 및 제어 장치(14)는 그 후, 개별 배터리 셀들(3-7)에 대한 최대 충전 전류들 IN;max를 계산하고(상기 언급된 커패시턴스들에 대해, 배터리 셀(3, 5, 6)의 경우 IN;max　=　C　x　CN이어서, 각각 2A이고, 배터리 셀(4, 7)의 경우 2.5A 및 3A 임), 이 값을 대응하는 메모리에 저장한다.
비 표시 제어 장치가, 예를 들어 재생 에너지를 생성하기 위한 플랜트의 에너지가 공급망에 필요한 에너지보다 크다고 결정하자 마자, 잉여 에너지의 적어도 일부가 AC/DC 컨버터(100)를 통해 발명에 따른 기기(1)의 주 충전/방전 장치(8)에 도달한다. 기기(1)는 미리 정의된 강도의 직렬 충전 전류 Io를 생성한다.
모든 배터리 셀(3-7)에 할당된 최대 충전 전류 IN;max에서 이제 이 셀들을 동시에 충전하기 위해, 모니터링 및 제어 장치(14)는 직렬 충전 전류 Io에 대응하는 최대 충전 전류 IN;max 를 가진 배터리 셀이 직렬 충전 전류 Io에 의해서만 충전됨을 보장한다. 이에 반해, 직렬 충전 전류 Io보다 큰 최대 충전 전류 IN;max를 가진 배터리 셀(3-7)은 적절한 보조 충전/방전 장치(9-13)를 이용하여 셀 블록(20)으로부터 제거될 수 있는 보조 충전 전류 IN에 의해 그리고 직렬 충전 전류 Io에 의해 동시에 충전되며, 이 경우 IN = IN;max - IO이다. 마지막으로, 직렬 충전 전류 Io보다 낮은 최대 충전 전류 IN;max 를 가진 배터리 셀(3-7)은 제 1 충전 전류 I0에 의해 충전되고, 최대 충전 전류 IN;max를 넘는 전류 IO - IN;max 는 셀 블록(20)에 방전 전류로 동시에 공급된다.
예를 들어, 최저 커패시턴스를 갖는 배터리 셀(3, 5 및 6)(상기 언급된 예의 경우, 각각 2 Ah)이 최대 충전 전류(Imax = 2A)로 충전되도록 직렬 충전 전류 Io가 선택되는 경우(따라서 IO는 2A), 다른 배터리 셀(4 및 7)은 각각의 배터리 셀(4, 7) 및 최저 커패시턴스를 갖는 배터리 셀(따라서, 배터리 셀(3, 5, 6))의 커패시턴스 간의 차이로부터 나타나는, 이들 간에 할당된 보조 충전/방전 장치(10, 13)로부터 최대 보조 충전 전류(0.5A 또는 1A)에서, 직렬 충전 전류 Io에 추가하여, 각각 충전되어야 한다.
배터리 셀(3-7)에서 충전 종료 전압을 모니터링함으로써, 각각의 배터리 셀의 과충전없이 최대 충전 전류에서 배터리 셀(3-7)을 충전할 수 있는 충전 시간(위 예에서 tmax　=　1/C　=　60분)을 모니터링 및 제어 장치(14)가 모니터링한다.
예를 들어, 에너지 원의 가용 전압이 낮기 때문에 계산된 최대 충전 전류 IN;max가 모두 가용 직렬 충전 전류 Io보다 큰 경우, 모든 배터리 셀은 계산된 최대 충전 전류 IN;max와 서로 같은 비율로 유지되는 값을 가진 충전 전류로 동시에 충전된다. 따라서, 전술한 실시예에서 직렬 충전 전류 Io가 단 1A 인 경우, 배터리 셀(3, 5 및 6)은 1A에서 충전되고, 배터리 셀(4)은 1.25A에서 충전되고 배터리 셀(7)은 1.5A에서 충전된다.
직렬 연결된 배터리 셀(3-7)과 함께 미리 정의된 시간 간격으로(예를 들어 100 개의 충전/방전주기마다) 배터리 셀(3-7)의 커패시턴스를 자동으로 결정하기 위해, 먼저 셀 블록(20)이 충전 종료 전압까지 충전되고, 그 후 각각의 개별 배터리 셀(3-7)이 충전 종료 전압에 도달할 때까지 보조 충전/방전 장치(9-13)의 도움으로 더 충전된다. 은 그것의 끝까지 충전된다 충전 전압에 이어 각각의 개별 배터리 셀(3-7)은 충전 종료 전압에 도달할 때까지 그에 할당된 보조 충전/방전 장치(9313)의 도움으로 추가로 충전된다.
모든 배터리 셀(3-7)이 충전되면, 기기(1)에 의해 배터리 셀(3-7)의 정해진 방전이 일어난다. 먼저, 전체 셀 블록(20)은 주 충전/방전 장치(8)에 의해 설정된 직렬 방전 전류 Io'에서 80%의 방전 깊이(DoD)로 방전된다. 그 후, 각각의 개별 배터리 셀(3-7)이 할당된 보조 충전/방전 장치(9-13)를 통해 각각의 방전 종료 전압까지 방전된다.
대응하는 배터리 셀의 커패시턴스 CN이 그 후, 모든 배터리 셀(3-7)의 방전 시작과 각각의 배터리 셀의 방전 종료 전압 도달 사이에서 직렬 방전 전류 Io'의 측정된 코스로부터 결정될 수 있다.
그러나, 각각의 충전 프로세스의 시간 경과는 또한 배터리 셀의 커패시턴스를 측정하기 위해 사용될 수 있고, 또는, 배터리의 충전 및 방전 동안 결정된 커패시턴스 값 사이의 평균값이 사용될 수 있다.
물론, 본 발명은 본 실시예로 제한되지 않는다.
예를 들어, 배터리 셀(3-7)의 커패시턴스는, 주 충전/방전 장치(8)에 의해 생성된 직렬 충전 전류 Io에 의해 그들의 충전 종료 전압에 도달할 때까지 모든 배터리 셀(3-7)을 먼저 충전함으로써, 또한 결정될 수 있다. 최대 커패시턴스를 갖는 배터리 셀(들)(상기 예에서 배터리 셀 7)보다 충전 종료 전압이 낮은 배터리 셀의 과충전을 방지하기 위해, 잉여 전류가 할당된 보조 충전/방전 장치(9-13)를 통해 셀 블록(20)에 공급된다.
모든 배터리 셀(3-7)이 충전되면, 기기(1)에 의해 배터리 셀(3-7)의 정해진 방전이 일어난다. 이를 위해, 배터리 셀(3-7)은 최고 커패시턴스를 가진 배터리 셀의 방전 종료 전압에 도달할 때까지 주 충전/방전 장치(8)에 의해 설정된 직렬 방전 전류 Io'로 방전된다. 최고 커패시턴스를 가진 배터리보다 먼저 방전 종료 전압에 도달한 배터리 셀의 과소충전을 피하기 위해, 방전 종료 전압에 도달한 후, 이 배터리 셀들은 할당된 보조 충전/방전 장치에 의해 셀 블록(20)으로부터 보조 충전 전류를 공급받는다.
이어서, 모든 배터리 셀(3-7)의 방전 시작과 각각의 배터리 셀의 방전 종료 전압 도달 간에 직렬 방전 전류 Io'의 측정 코스로부터 대응하는 배터리 셀의 커패시턴스 CN이 결정될 수 있다.
더욱이, 모든 배터리 셀의 커패시턴스가 하나의 충전/방전 사이클에서 결정되어야하는 것이 아니다. 대신, 다수의 충전/방전 사이클에서 배터리 셀의 커패시턴스를 차례로 결정하는 것이 또한 유리할 수 있다.
또한, 직렬 충전 또는 방전 전류가 반드시, 최저 커패시턴스를 갖는 배터리 셀의 최대 충전 또는 방전 전류에 대응하도록 선택될 필요는 없다. 대신, 예를 들어, 평균 커패시턴스를 갖는 배터리 셀 또는 최고 커패시턴스를 갖는 배터리 셀, 등의 최대 충전 또는 방전 전류에 대응하도록 선택될 수 있다.
마지막으로, 에너지 저장 장치는 직렬 배터리 저장소를 포함하는 다수의 셀 블록으로 또한 구성될 수 있다.

Claims (9)

  1. 모든 배터리 셀(3-7)을 흐르는 직렬 충전 전류 Io에 의해 다수의 직렬 연결 배터리 셀(3-7)로 구성된 적어도 하나의 셀 블록(20)으로 에너지 저장 장치(2)를 충전하는 방법에 있어서, 상기 배터리 셀(3-7) 중 적어도 일부는 상이한 커패시턴스(CN)를 가지며,
    a) 미리 정의된 시간 간격으로, 개별 배터리 셀(3-7)의 커패시턴스(CN)가 측정되어 모니터링 및 제어 장치(14)의 메모리에 저장되고;
    b) 미리 정의된 C-팩터(커패시턴스 CN에 대한 최대 충전 전류 IN;max의 몫)에 기초하여, 개별 캐패시턴스(CN)의 특성인 최대 충전 전류 IN;max가 모니터링 및 제어 장치(14)에 의해 결정되며,
    c) 이어서, 미리 정의된 시간 t <= 1/C-팩터 동안, 배터리 셀(3-7)은 이들 배터리 셀(3-7)에 할당된 최대 충전 전류 IN;max에서 동시에 충전되고,
    - 직렬 충전 전류 Io에 해당하는 최대 충전 전류 IN;max를 가진 배터리 셀(3-7)은 직렬 충전 전류 Io에 의해서만 충전되며,
    - 직렬 충전 전류 Io보다 큰 최대 충전 전류 IN;max 를 가진 배터리 셀(3-7)은 보조 충전/방전 장치(9-13)를 통해 셀 블록(20)으로부터 제거될 수 있는 보조 충전 전류 IN 및 직렬 충전 전류 Io에 의해 동시에 충전되고, 이 경우 IN = IN;max - IO 이며,
    - 직렬 충전 전류 Io보다 낮은 최대 충전 전류 IN;max를 갖는 배터리 셀(3-7)은 직렬 충전 전류 IO에 의해 충전되고, 최대 충전 전류 IN;max을 초과하는 전류 IO - IN;max는 대응하는 보조 충전/방전 장치를 통해 보조 방전 전류로서 셀 블록(20)에 동시에 공급되며,
    또는 계산된 최대 충전 전류 IN;max가 모두 가용한 직렬 충전 전류 Io보다 큰 경우, 계산된 최대 충전 전류 IN;max와 서로 동일한 비율의 값을 갖는 충전 전류로 배터리 셀을 동시에 충전하는, 충전 방법.
  2. 모든 배터리 셀(3-7)을 통해 흐르는 직렬 방전 전류(Io')에 의해 다수의 직렬 연결된 배터리 셀(3-7)로 구성된 적어도 하나의 셀 블록(20)으로 에너지 저장 장치(2)를 방전시키는 방법으로서, 배터리 셀(3-7) 중 적어도 일부는 상이한 커패시턴스(CN)를 가지며,
    a) 미리 정의된 시간 간격으로, 개별 배터리 셀(3-7)의 커패시턴스(CN)가 측정되어 모니터링 및 제어 장치(14)의 메모리에 저장되고;
    b) 미리 정의된 C-팩터(커패시턴스 CN에 대한 최대 충전 전류 IN;max의 몫)에 기초하여, 개별 캐패시턴스(CN)의 특성인 최대 방전 전류 IN;max가 모니터링 및 제어 장치(14)에 의해 결정되며,
    c) 이어서, 미리 정의된 시간 t <= 1/C-팩터 동안, 배터리 셀(3-7)은 이들 배터리 셀(3-7)에 할당된 최대 방전 전류 IN;max에서 방전되고, 이와 동시에,
    - 직렬 방전 전류 Io'에 해당하는 최대 방전 전류 IN;max를 가진 배터리 셀(3-7)은 직렬 방전 전류 Io'에 의해서만 방전되며,
    - 직렬 방전 전류 Io'보다 큰 최대 방전 전류 IN;max 를 가진 배터리 셀(3-7)은 보조 충전/방전 장치(9-13)를 통해 셀 블록(20)으로부터 제거될 수 있는 보조 방전 전류 IN'및 직렬 방전 전류 Io'에 의해 동시에 방전되고, 이 경우 IN' = IN;max - IO'이며,
    - 직렬 방전 전류 Io'보다 낮은 최대 방전 전류 IN;max를 갖는 배터리 셀(3-7)은 직렬 방전 전류 Io'에 의해 방전되고, 최대 방전 전류를 초과하는 전류 IO' - IN;max는 대응하는 보조 충전/방전 장치(9-13)를 통해 보조 충전 전류로서 셀 블록(20)에 동시에 공급되는, 방전 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 직렬 충전 전류 Io는 최저 캐패시턴스를 갖는 배터리 셀(3-7)이 최대 충전 전류에서 충전되도록 선택되고, 나머지 배터리 셀(3-7)은 직렬 충전 전류 Io에 추가하여, 최저 커패시턴스를 가진 배터리 셀 및 각각의 배터리 셀의 커패시턴스 간의 차이로부터 나타나는 최대 보조 충전 전류에서 각각 충전되는, 충전 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 직렬 충전 전류 Io는, 모든 배터리 셀(3-7)로부터 결정되는 평균 커패시턴스를 가진 배터리 셀(3-7)의 최대 충전 전류에 대응하도록 선택되고, 평균 커패시턴스보다 낮은 커패시턴스를 가진 배터리 셀(3-7)에서 충전 과정 동안, 직렬 충전 전류 Io의 일부가 셀 블록으로 다시 공급되며, 평균 커패시턴스보다 높은 커패시턴스를 갖는 배터리 셀은 전체 배터리로부터 제거될 수 있는 보조 충전 전류 및 첫번째 충전 전류에 의해 동시에 충전되는, 충전 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 직렬 충전 전류 Io는 최고 캐패시턴스를 갖는 배터리 셀(3-7)이 최대 충전 전류에서 충전되도록 선택되고, 나머지 배터리 셀(3-7)은 직렬 충전 전류(10)에 의해 부분적으로만 충전되며, 최대 충전 전류를 넘는 전류 부분은 셀 블록(20)에 공급되는, 충전 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 셀 블록(20)의 개별 배터리 셀(3)의 커패시턴스는 직렬 연결 배터리 셀(3)로 자동 측정되는, 충전 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    먼저, 전체 셀 블록(20)이 충전 종료 전압 도달시까지 직렬 충전 전류 Io에 의해 충전된 다음, 셀 블록(20)의 각각의 개별 배터리 셀(3-7)이 충전 종료 전압 도달시까지 할당된 보조 충전/방전 장치(9-13)의 도움으로 추가로 충전되고,
    그 후, 셀 블록(20)은 80%의 방전 깊이까지 직렬 방전 전류(Io')로 방전되고, 각각의 개별 배터리 셀(3-7)은 각각 할당된 보조 충전/방전 장치(9-13)를 통해 각각의 방전 종료 전압까지 방전되며,
    마지막으로, 시간에 따라 적분된 셀 블록 및 개별 배터리 셀의 방전 전류로부터 각각의 커패시턴스가 결정되는, 충전 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    먼저, 모든 배터리 셀(3-7)이 충전 종료 전압 도달시까지 직렬 충전 전류 Io에 의해 충전되고, 최대 커패시턴스를 갖는 배터리 셀(3-7)보다 낮은 충전 종료 전압을 가진 배터리 셀(3-7)의 과충전은 각각 할당된 셀 블록(20)의 보조 충전/방전 장치(9-13)를 통해 공급되는 잉여 전류에 의해 방지되며,
    이어서, 배터리 셀(3-7)은 최대 커패시턴스를 갖는 배터리 셀(3-7)의 방전 종료 전압 도달시까지 미리 정의된 직렬 방전 전류(Io')로 방전되고, 최대 커패시턴스를 가진 배터리(3-7)에 앞서 방전 종료 전압에 도달한 배터리 셀(3-7)의 과소충전을 피하기 위해, 할당된 보조 충전/방전 장치(9-13)를 통해 셀 블록(20)으로부터 배터리 셀(3-7)로 보조 충전 전류가 공급되며,
    그 후 각 배터리 셀(3-7)의 커패시턴스는 배터리 셀(3-7)의 충전된 상태와 각각의 배터리 셀의 방전 종료 전압 도달 간의 방전 전류(Io')의 측정된 시간 코스로부터 결정되는, 충전 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 각각의 충전 과정의 시간 경과는 배터리 셀의 커패시턴스를 결정하는데 또한 사용되며, 대응하는 배터리의 충전 및 방전 중 측정되는 커패시턴스 값들 간의 평균 값이 각각의 배터리 셀의 커패시턴스로 사용되는, 충전 방법.
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