WO2022145581A1

WO2022145581A1 - 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치 및 방법

Info

Publication number: WO2022145581A1
Application number: PCT/KR2021/004316
Authority: WO
Inventors: 김정묵
Original assignee: 주식회사 한빛레이저
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2022-07-07
Also published as: EP4274052A1; US20230396081A1; JP7412833B2; EP4274052A4; JP2023551580A; US11996712B2

Abstract

본 발명은 복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 충방전하는 방법 및 장치에 있어서, 보조충전 전원장치를 개별전지에 병렬로 부가하여 개별전지의 용량차이를 해소하고, 상기 주충방전 전원장치의 충방전 전류가 단속(on/off)됨이 없이 소정의 레시피(충전 및 방전의 전기적 조건 등)에 따라 연속적으로 충방전하도록 구성된 전류의 단속이 없는 직렬형 충방전 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치 및 방법

본 발명은 복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 충방전하는 방법에 있어서, 보조충전 전원장치를 개별전지에 병렬로 부가하여 개별전지의 용량차이를 해소하고, 상기 주충방전 전원장치의 충방전 전류가 단속(on/off)됨이 없이 소정의 레시피에 따라 연속적으로 충방전하도록 구성된 전류의 단속이 없는 직렬형 충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

2차전지(리튬전지 등 충전과 방전을 반복해서 사용하는 전지의 총칭함)는 제조와 사용과정에서 소정의 레시피(충전 및 방전의 전기적 조건 등)에 따라 충전과 방전을 하게 된다.

충방전 동작 특성의 결과에 따라 전지의 양불판정 및 선별(sorting)이 되므로 2차전지 제조공정에서 대단히 중요한 공정이다.

충방전 장치는 전기차용 대용량 2차전지의 생산량이 폭발적으로 증가함에 따라 막대한 설비비용의 증가뿐 만 아니라 운용과정에서 소비되는 전력과 그에 동반하는 냉난방 등은 2차전지의 경제성에 영향을 주는 중요한 사항이며, 동시에 충방전 공정에서 2차전지의 안전성 향상을 위한 계측 및 검사기능도 요구되고 있다.

2차전지는 충방전 전력량에 따라 전압과 전류가 가변되는 특성이 있다. 통상의 충전레시피는 먼저 소정의 전류로 정전류충전을 하면 전지의 전압이 서서히 상승하며 소정의 설정전압(혹은 최대전압)에 도달한 후, 소정의 설정전압을 유지하면서 충전전류를 서서히 감소시켜 소정의 설정전류(혹은 컷오프 전류)에 도달하면 충전공정이 마무리 된다.

통상의 방전레시피는 소정의 정전류로 방전을 하면 전지의 전압이 서서히 하강하며 소정의 설정전압(혹은 컷오프 전압)에 도달하면 방전공정이 마무리 된다.

2차전지의 전지용량이 큰 전지는 같은 전류로 충방전을 하여도 전압변동이 적은 것이며, 복수개의 전지를 직렬로 연결하여 충방전 할 때 상기 용량차이를 보정해주는 장치가 없으면 충방전레시피에 맞는 충방전이 불가능한 문제점이 있다.

복수개의 2차전지를 직렬로 연결하거나 분리하기 위하여 회로에 릴레이스위치를 사용할 수밖에 없는데, 충전이나 방전공정이 먼저 마무리된 전지를 회로에서 분리하고자 하면 릴레이 스위치가 작동하는 순간에 순간적이나마 주충방전 전원장치의 전류가 단속(on/off)되고 전류 및 전압의 측정에 오류가 발생될 수 있는 문제점이 있다.

다수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 충방전하는 장치의 전압 및 전류 센서 등은 고도의 정밀도와 분해능을 유지하기 위하여 원천적으로 고사양(일반적으로 고가임)의 센서를 사용하고, 주기적으로 검교정을 한다.

2차전지 충방전 장치의 안전성(safety) 문제는 아주 중요한 사항이며, 실시간으로 주요 위험요소를 감지해야하는 기능은 장치의 안전성 측면에서 매우 중요하다.

충방전 장치에서 동작 중에 전지자체의 발열이나 변형 등 문제가 있을 수 있고, 전지의 전극에서 접촉불량으로 전압 강하나 발열이 일어나는 경우가 가장 빈번하게 발생하는 위협요인이다.

2차전지의 충방전 장치는 통상 무인 자동화된 설비이며, 필요 시 운용프로그램의 개선이나 업그레이드를 하여야 하는데, 고전압 대전류로 운전되고 있는 설비의 개수가 워낙 많은 경우는 제어프로그램의 수정이나 업그레이드작업이 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 전지의 충방전 전류의 단속(on/off)현상 없이 충방전을 수행하도록 구성하여 충방전 장치의 수를 1개로 단순화할 수 있어 설비비용과 운용비용을 절감할 수 있는 전류의 단속이 없이 자동으로 제어되는 직렬형충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 전지의 충방전 전류의 단속(on/off)현상없이 충방전을 수행하도록 구성하여 주충방전장치의 동작 전압이 전지 1개의 전압보다 전지갯수배 만큼 높아지므로 전력변환 효율이 향상되어 설비비용과 운용비용을 절감할 수 있는 전류의 단속없이 자동으로 제어되는 직렬형충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 전지의 충방전 전류의 단속(on/off)현상 없이 충방전을 수행하도록 구성하되, 직렬로 연결된 복수개의 개별전지 각각에 병렬로 보조충전 전원장치를 부가하여 개별전지 간의 용량차이를 보정하도록 구성된 전류의 단속없이 자동으로 제어되는 직렬형충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제로, 개별 전지간의 용량차이를 보정하는 목적의 보조충전 전원장치는 주충방전기의 입력단인 직류그리드 전원 혹은 별도의 외부전원을 입력으로 하고 개별전지의 전압을 출력으로 하는 절연형 단방향 직류변환기(DC-DC converter)로 구성되어 전류의 단속없이 자동으로 제어되는 직렬형충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제로, 복수 개의 2차전지가 직렬로 연결된 직렬형 충방전 방법 및 장치를 이용하므로 주충방전 전원장치의 고사양 전류센서에 맞추어 개별전지의 일반사양의 전류센서를 주기적으로 자동 교정할 수 있으므로 제조단가를 절감할 수 있는 전류의 단속없이 자동으로 제어되는 직렬형충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

이는 통상 장시간의 동작에 의하여 일어나는 개별전지의 일반사양 전류센서의 이득(gain)값의 변화나 옵셋(off-set)값 및 드리프트(drift)값 등을 주기적으로 정밀 교정해 주므로, 저가의 일반사양 전류센서들이 고사양의 전류센서의 성능과 동일 또는 유사한 특성을 발휘할 수 하는 직렬형충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 주충방전 전원장치의 출력전압과 개별전지 전압의 합을 실시간으로 비교하는 기능이 부가되므로 개별전지를 포함한 접촉부의 이상상태를 실시간으로 확인하는 것이 가능하여 발열이 예상되는 전위차를 실시간으로 인식하여 선제적으로 사고를 예방할 수 있으므로 기존의 발열상태로 판별하는 방법과 대비하여 충방전 전원장치의 안전성을 향상시킬 수 있는 직렬형충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 직렬형충방전 장치의 제어 프로그램을 수정하거나 업그레이드 시키고자 할 때, 개별전지의 충방전 컨트롤러의 프로그램을 수정하거나 업그레이드를 하지 않고 전지 개수보다 월등히 적은 개수의 주충방전 전원장치의 컨트롤러에만 원격 통신 등으로 프로그램을 수정하거나 업그레이드를 시킬 수 있으므로 설비의 사후관리의 용이성을 크게 향상시킨 직렬형충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명 과제의 해결 수단은 복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 충방전하는 방법 및 장치에 있어서, 보조충전 전원장치를 개별전지에 병렬로 부가하여 개별전지의 용량차이를 보정하여 해소하고, 상기 주충방전 전원장치의 충방전 전류가 단속(on/off)됨이 없이 소정의 충방전 레시피에 따라 연속적으로 충방전하도록 구성된 전류의 단속이 없는 직렬형 충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 보조충전 전원장치의 전기입력은 주충방전 전원장치의 입력단인 직류그리드 전원으로 구성하거나 혹은 별도의 직류 및 교류 전력 중 하나로 구성하고, 출력은 개별전지의 전압으로 하는 절연형 단방향 스위치모드 직류변환기로 구성되며, 마이크로컨트롤러를 포함하는 별도의 제어기를 구성된 보조충전 전원장치로 개별전지의 전압과 전류를 가감하도록 구성된 전류의 단속이 없는 직렬형 충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 직렬충전 시에는 주충방전 전원장치가 소정의 충전레시피에 따라 소정의 정전류로 충전을 하면 '가장 용량이 적은 전지'의 전압이 제일 먼저 소정의 설정전압(혹은 최대전압, 리튬전지의 예시로 4,200mV 등)에 도달하게 되는데, 주충방전 전원장치는 상기 '가장 용량이 적은 전지'에 맞추어 정전압충전(충전 전류를 소정의 레시피에 따라)을 하고, 이보다 용량이 큰 다른 전지들은 상기 보조충전 전원장치로 부족한 충전전류를 소정의 충전레시피에 맞게 보충해서 모든 개별 전지들이 전류의 단속(on/off)없이 소정의 충전레시피 대로 충전이 완료되도록 구성된 전류의 단속이 없는 직렬형 충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 개별 전지간의 용량차이를 보정하는 목적의 보조충전 전원장치는 주충방전기의 입력단인 직류그리드 전원 혹은 별도의 외부 전원을 입력으로 하고 개별전지의 전압을 출력으로 하는 절연형 단방향 직류변환기(DC-DC converter)이며, 본 발명에 따른 직렬로 연결된 전지들의 충전공정에서는 용량이 큰 전지의 충전전류를 보충해주며, 방전공정에서는 용량이 적은 전지의 방전전류를 보충해주는 기능을 하도록 구성된 단속이 없는 직렬형 충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 상기 보조충전 전원장치는 직렬로 연결된 전지들의 충전공정에서는 용량이 큰 전지의 충전전류를 보충해주며, 방전공정에서는 용량이 적은 전지의 방전전류를 보충해주는 기능을 하며, 이러한 보조충전 전원장치는 고주파 스위칭 전원장치로 구성하고 본 발명에 따라 제공되는 제어프로그램을 메모리에 탑재하고 마이크로프로세서로 제어프로그램을 실행하여 정밀 제어하여 전력손실의 최소화하면서 본 발명에 따른 충방전 레시피 및/또는 충방전 프로파일에 따라 자동으로 제어되어 충방전 동작을 하도록 구성된 전류의 단속이 없이 자동으로 제어되는 직렬형충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 충방전 전원장치의 전류센서 교정을 주충방전 전원장치의 고사양 전류센서에 맞추어 충방전 동작 중 소정의 조건에서 주기적으로 자동으로 정밀 교정작업을 수행하도록 구성되고, 주충방전 전원장치는 출력 전압과 전류를 정밀하게 인식하고 있으며 동시에 본 발명에 따른 제어프로그램을 탑재한 개별전지 제어용 마이크로프로세서와 충방전 데이터를 주고받으면서 충방전하도록 구성되며, 상기 개별전지들의 전압값의 합과 주충방전 전원장치의 출력전압의 차이가 설정된 값 이상으로 인식되면 직렬형충방전회로에서 이상이 발생한 것으로 인식하도록 구성된 전류의 단속이 없이 자동으로 제어되는 직렬형충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 주충방전 전원장치의 출력전압은 개별전지 전압의 합과 동일하거나 접촉부에서의 전압강하(개별 전지당 통상 수mV 이하) 정도이어야 이상적이나, 전지접촉부나 릴레이 접점이 접촉불량일 경우에 이들 전압 차이가 설정된(소정) 값 이상으로 검출될 경우에, 이때 설비의 운전을 정지시키고 안전에 관한 예방조치를 취할 수 있도록 경고 메시지를 생성하여 알려주는 수단을 구비한 전류의 단속이 없이 자동으로 제어되는 직렬형충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 2차전지의 충방전 장치는 통상 대단히 많은 수량(전지 개수로 수 만개 이상)을 취급하고 있는데 제어장치의 운전 프로그램을 수정하거나 업그레이드시키는 문제가 용이하지 않으나, 본 발명은 직렬형 충방전 장치를 제어하는 주충방전 전원장치의 컨트롤러(전지갯수의 수십분의 1)에 원격통신(일례로 이더넷 등)으로 용이하게 프로그램 수정이나 업그레이드를 수행할 수 있도록 구성된 전류의 단속이 없이 자동으로 제어되는 직렬형충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 주충방전 전원장치로 충방전을 하면 설비의 간소화에 따른 설비 비용을 줄일 수 있는 상승된 효과 및 주충방전장치의 동작 전압이 전지 1개의 전압보다 전지갯수배 만큼 높아지므로 전력변환효율이 높아져 운용비용을 줄일 수 있는 상승된 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 통상의 직렬형 충방전 장치에서 요구되는 개선사항으로 릴레이 스위치의 단속에 따른 주충방전 전류의 단속(on/off)현상과 그로 인한 전압 및 전류의 계측오류에 대한 우려를 해소할 수 있는 유리한 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 복수개의 2차전지가 직렬로 연결된 충방전 공정에서 모든 전지의 충방전 사이클이 완료되기 전에 릴레이 스위치 등에 의한 전지사이의 전류 분리가 없어, 주충방전 전류의 단속이 없을 뿐만 아니라 주충방전 전원장치의 출력 전압변화가 적으므로 주충방전 전원장치의 동작효율이 높은 조건에서만 작동할 수 있어 전력효율 개선 및 운용비용이 절감되는 상승된 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 본 발명에 따라 제공되는 충방전 레시피 및/또는 충방전 프로파일에 따라 제어되도록 설계 제작된 제어프로그램을 탑재하고 이를 실행하는 마이크로프로세서 등으로 정밀 제어하도록 구성하여 전력손실을 최소화하면서 충방전이 자동으로 제어되는 상승된 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 다수개의 2차전지가 직렬로 연결된 직렬형 충방전 방법을 이용하므로 주충방전 전원장치의 고사양 전류센서에 맞추어 개별전지의 일반사양의 전류센서를 주기적으로 자동 교정할 수 있도록 구성함에 의하여 제작단가를 절감할 수 있는 상승된 효과이 있다.

이는 통상 장시간의 동작에 의하여 일어나는 개별전지의 일반사양 전류센서의 이득(gain)값의 변화나 옵셋(off-set)값 및 드리프트(drift)값 등을 주기적으로 고사양 전류센서에 맞추어 교정해 주므로, 저가의 일반사양 전류센서가 고사양의 전류센서와 동일 또는 유사한 특성을 발휘할 수 있게 하는 유리한 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 주충방전 전원장치의 출력전압과 개별전지 전압의 합을 실시간으로 비교하는 기능이 부가되므로 개별전지를 포함한 접촉부의 이상여부를 실시간으로 확인하는 것이 가능하므로 기존의 발열상태로 판별하는 방법과 대비하여 충방전 전원장치의 안전성을 향상시키는 유리한 효과가 있고, 발열이 예상되는 전위차를 실시간으로 인식하여 선제적으로 사고를 예방할 수 있는 상승된 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 충방전 장치의 제어 프로그램을 수정하거나 업그레이드 시키고자 할 때, 개별전지의 충방전 컨트롤러의 프로그램을 수정하거나 업그레이드를 하지 아니하고 전지 개수보다 월등히 적은 개수의 주충방전 전원장치의 컨트롤러만 원격 통신 등으로 프로그램을 수정하거나 업그레이드를 시키는 방식으로 구성함으로 설비의 사후관리의 용이성이 크게 향상되는 상승된 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전류 단속이 없는 직렬형 충방전 장치를 도시한 것이다.

도 2는 통상적인 2차 전지의 충방전 특성도를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 용량차이가 있는 2차 전지의 충전 특성도를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 용량차이가 있는 2차 전지의 방전 특성도를 도시한 것이다.

본 발명의 실시를 위한 최선의 형태는 복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 충방전하는 방법 및 장치에 있어서, 보조충전 전원장치를 개별전지에 병렬로 부가하여 개별전지의 용량차이를 보정하여 해소하고, 상기 주충방전 전원장치의 충방전 전류가 단속(on/off)됨이 없이 소정의 충방전 레시피에 따라 연속적으로 충방전하도록 구성된 전류의 단속이 없는 직렬형 충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 보조충전 전원장치의 전기입력은 주충방전 전원장치의 입력단인 직류그리드 전원으로 구성하거나 혹은 별도의 직류 및 교류 전력 중 하나로 구성하고, 출력은 개별전지의 전압으로 하는 절연형 단방향 스위치모드 직류변환기로 구성되며, 마이크로컨트롤러를 포함하는 별도의 제어기를 구성된 보조충전 전원장치로 개별전지의 전압과 전류를 가감하도록 구성된 전류의 단속이 없는 직렬형 충방전 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명을 실시를 위한 다양한 형태에 대한 구체적인 내용을 살펴본다.

본 발명은 복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 충방전을 수행하도록 구성된 전류 단속이 없는 직렬형 충방전 방법 및 장치이다.

또한, 본 발명은 양방향 주충방전 전원장치에 충방전을 위하여 직렬로 연결된 복수개의 개별전지는 각각 용량의 차이가 있을 수 있으며, 이러한 개별전지의 용량 차이를 보정하기 위하여 각각의 개별전지에 병렬로 보조충전 전원장치를 부가 설치하여 보충(보정)이 가능하도록 정밀 제어할 수 있도록 구성된 전류 단속이 없는 직렬형 충방전 장치 및 방법이다.

본 발명의 구체적인 실시 예를 살펴본다.

<실시 예>

본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다.

도 3은 본 발명에 따른 용량차이가 있는 2차 전지의 충전 특성도(레시피 & 프로파일)를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 용량차이가 있는 2차 전지의 방전 특성도(레시피 & 프로파일)를 도시한 것이다.

본 발명은 복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 전지의 충방전 전류의 단속(예; Relay on/off)현상의 발생 없이 충방전을 수행하도록 구성하여 주충방전장치의 동작 전압이 전지1개의 전압보다 전지 갯수배 만큼 높아지므로 전력변환 효율이 높아지므로 설비비용과 운용비용을 절감할 수 있는 전류 단속이 없는 직렬형충방전의 방법 및 장치이다.

본 발명의 명세서 상에서 '단계 및/또는 구성'이라는 표현은 직렬형충방전을 위한 본 발명이 소정의 하드웨어 구성과 메모리에 탑재된 제어프로그램을 마이크로프로세서가 실행하여 얻어지는 구성 등을 포함하고 있으므로 방법 발명과 장치 발명을 모두 포함하고 있음을 의미하는 것이다.

통상적인 2차전지는 도 2에서와 같이 충전 시에는 정전류 및 정전압충전의 2가지 모드로 하고, 방전 시에는 정전류방전 만으로 수행된다.

도 2에서, 충전하기 전 전지에 소정의 정전류(도2의 53)로 충전하면, 전지의 초기전압(도2의 51)이 서서히 상승하여 소정의 최고전압(도2의 52)(하나의 예; 4,200mV)에 도달하는 단계 및/또는 구성을 포함한다.

이때부터 전지의 전압은 최대전압(도2의 52)을 유지하면서 충전전류를 서서히 줄여 소정의 컷오프 전류(54)에 도달하면 충전 사이클이 완료되는 단계를 포함한다.

도 2에서, 방전 공정은 소정의 정전류(도2의 55)로 방전을 시작하게 되며, 전지의 전압이 서서히 하강하여 소정의 컷오프 전압(도2의 56)(하나의 예; 2,800mV)에 도달하면 방전사이클이 완료된다.

다음은 본 발명에 따른 전류 단속이 없는 직렬형 충방전 장치를 도 1에 기초하여 구체적으로 살펴본다.

본 발명은 복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 충방전을 수행하되, 보조충전 전원장치를 개별전지 각각에 병렬로 부가 설치하여 개별전지의 용량차이를 보정(또는 보충)하는 구성 및 단계를 포함한다.

본 발명은 복수개의 2차전지들을 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 충방전하도록 구성되며, 이러한 구성은 (1) 충방전 장치의 수량이 1개로 단순화되어 설치공간 및 설비비용을 줄이는 효과가 있으며, (2) 주충방전장치의 동작 전압이 전지1개의 전압보다 직렬로 연결된 복수개의 전지갯수배 만큼 높아지므로 전력변환 효율이 높아지므로 운용비용의 절감할 수 있는 상승된 효과가 있다.

또한, 본 발명은 (3) 개별전지 간의 용량차이를 보상해주고, (4) 전지의 충방전 전류의 단속(on/off)현상이 없도록 하는 하기의 장치 및 방법이 필요하다.

본 발명에 따른 개별 전지간의 용량차이를 보정하는 목적의 보조충전 전원장치는 주충방전기의 입력단인 직류그리드 전원 혹은 별도의 외부전력을 입력으로 하고 개별전지의 전압을 출력으로 하는 절연형 단방향 직류변환기(DC-DC converter)이다.

본 발명에 따른 보조충전 전원장치는 직렬로 연결된 개별전지들의 충전공정에서 용량이 큰 전지의 충전전류를 보충해주며, 방전공정에서는 용량이 적은 전지의 방전전류를 보충해주는 기능을 하도록 구성되어 있다.

또한, 본 발명에 따른 보조충전 전원장치는 고주파 스위칭 전원장치로 구성됨이 바람직하고, 전력손실의 최소화하도록 설계 제작된 제어프로그램을 메모리에 탑재하고 마이크로프로세서 등으로 실행하여 정밀 제어하도록 구성되어 있다.

도 1을 바탕으로, 본 발명에 따른 전류의 단속이 없는 직렬형충방전의 방법 및 장치에 대하여 살펴본다.

본 발명은 직렬형 충방전 장치에 공급되는 고전압 직류전원, 즉 연결된 총 전지의 전압의 합보다 높은 직류그리드①는 소정의 전압 범위(하나의 예; 최저300VDC ~ 최고 350VDC 등)내에서 직류를 공급하도록 구성되며, 방전공정에서 직류그리드의 전압이 최고전압을 초과하면 통상의 교류전력망(국가전력공급망)으로 전력을 변환시켜 상기 소정의 전압범위를 유지하도록 제어된다.

양방향 주충반전 전원장치②는 하기 직렬로 연결된 복수개의 2차전지들에 충방전 레시피(도2 참조)에 따라 전류원(current source)으로 충방전기능을 수행하도록 구성된다.

개별전지⑥들은 전체회로에 연결되기 위하여 양방향 연결릴레이③와 바이패스 릴레이④로 연결되거나 혹은 분리되는데, 통상적인 방법(기존의 방법)에서는 이때 주전류의 단속(on/off)이 릴레이 소자 등에 의하여 발생한다.

릴레이 소자가 작동하는 순간에 순간적이나마 주충방전 전원장치의 전류가 단속(on/off)되고 전류 및 전압의 측정에 오류가 발생될 수 있다.

전지를 연결하는 양극그립⑤과 음극그립⑧으로 전지전압⑨을 검출하며, 직렬로 연결된 전류센서⑦에서 실제 전지⑥에 흘러가는 전류신호⑩를 검출하여 마이크로프로세서 등으로 제어되는 전지제어기⑪의 입력신호로 제공된다.

전지제어기⑪는 상위 컨트롤러와 양방향통신(16)을 통해서 충방전 정보를 주고 받으면서 마이크로프로세서로 메모리에 탑재된 본 발명에 따른 충방전 제어프로그램을 실행하여 서로 연동하여 정밀 제어하도록 구성되어 있다.

본 발명에 따른 보조충전 전원장치⑬는 별도의 외부전력⑮에 의하여 전력이 공급되는데 직류그리드①의 전력을 사용할 수도 있고, 별도의 교류전원을 사용할 수도 있다.

보조충전 전원장치⑬는 전지제어기의 제어에 따라 소정의 전류⑫를 개별전지⑥에 보충하여 충방전 레시피에 맞는 충방전이 이루어지게 한다.

본 발명의 전지연결장치는 필요한 개수만큼 충방전 전지가 직렬로 연결되어 전지 한개가 연결되는 것(병렬 연결)에 비하여 직렬 연결에 의하여 전지갯수배 만큼 고전압이 되므로 전력변환효율이 높고, 그 결과 운용비용을 낮출 수 있는 상승된 효과가 있고, 하나의 양방향 주충방전 전원장치②에 의한 충방전으로 충방전회로가 단순화되므로 설비비용을 줄일 수 있는 유리한 효과가 있다.

다음은 도 3에 기초하여 용량차이가 있는 2차전지들의 충전 특성도에 대하여 살펴본다.

도 2의 충전 사이클 부분에서 용량차이가 있는 전지들을 직렬로 연결하고 하나의 주충방전 전원장치(도1의 ②)로 충전하되, '가장 용량이 적은 전지'에 맞춘 도 3의 전류패턴(도3의 75)으로 충전을 하는 단계 또는 구성을 포함한다.

이때 용량이 상대적으로 큰 전지는 아직 최고전압(도3의 52)에 도달하지 못하였으므로 보조충전 전원장치(도1의 ⑬)에서 부족분 만큼의 전류(도3의 65)를 공급하여 보충충전을 하는 단계 또는 구성을 포함한다.

주충전 전원장치는 '가장 용량이 적은 전지'가 충전이 완료되면 충전기능을 정지시키고, 상대적으로 용량이 큰 전지들은 해당전지의 전지제어기(도1의 ⑪)가 보조충전 전원장치로 충전사이클을 완성시킬 수 있는 단계 또는 구성을 포함한다.

이러한 과정을 거쳐서 본 발명에 따른 직렬형충방전의 방법 및 장치에서 직렬로 연결된 모든전지는 충전전류의 단속됨이 없이 충전사이클을 완료할 수 있다.

다음은 도 4에 기초하여 용량차이가 있는 2차전지들의 방전 특성도에 대하여 살펴본다.

도 2의 충전 사이클 부분에서 용량차이가 있는 전지들을 직렬로 연결하고 하나의 주충방전 전원장치(도1의 ②)로 방전하되, '가장 용량이 큰 전지'에 맞춘 도 4의 전류패턴(도4의 76)으로 방전하는 단계 또는 구성을 포함한다.

이때 용량이 상대적으로 작은 전지는 먼저 컷오프전압(도4의 56)에 도달하는데 이때부터 해당전지의 보조충전 전원장치(도1의 ⑬)에서 주방전전류 만큼의 전류(도4의 59)를 만들어 주방전회로로 보내는 단계 또는 구성을 포함한다.

즉, 해당전지의 전류는 '0'이 되므로 방전이 완료된 것과 같다.

'가장 용량이 큰 전지'가 컷오프전압(도4의 56)에 도달하면 모든 전지가 전류의 단속없이 방전사이클이 완료된다.

상기 보조충전 전원장치는 직렬로 연결된 전지들의 충전공정에서 용량이 큰 전지의 충전전류를 보충해주며, 방전공정에서는 용량이 적은 전지의 방전전류를 보충해주는 기능을 한다.

이러한 보조충전 전원장치는 고주파 스위칭 전원장치로 구성하고 본 발명에 따라 제공되는 제어프로그램을 메모리에 탑재하고 마이크로프로세서로 탑재된 제어프로그램을 실행하여 정밀 제어하여 전력손실의 최소화하면서 본 발명에 따른 충방전 레시피 및/또는 충방전 프로파일에 따라 자동으로 제어되어 충방전 동작을 하도록 구성되어 있다.

본 발명은 충방전 전원장치의 전류센서 교정을 주충방전 전원장치의 고사양 전류센서(높은 정밀도를 가진)에 맞추어 충방전 동작 중 소정의 조건에서 주기적으로 자동으로 교정작업을 수행하는 단계 또는 구성을 포함한다.

보다 구체적으로, 주충방전 전원장치의 고사양 전류센서에 맞추어 개별전지의 일반사양의 전류센서를 주기적으로 자동 교정할 수 있으므로 많은 수의 고사양 전류센서를 줄일 수 있으므로 제조단가를 절감할 수 있는 유리한 효과가 있다.

상기 주충방전 전원장치는 직렬로 연결된 개별전지의 출력 전압과 전류를 정밀하게 인식하고 있으면서, 동시에 본 발명에 따른 제어프로그램을 탑재한 개별전지 제어용 마이크로프로세서와 충방전에 필요한 데이터를 주고받으면서 충방전하는 단계 또는 구성을 포함한다.

상기 개별전지들의 전압값의 합과 주충방전 전원장치의 출력전압의 차이가 설정된(소정) 값 이상으로 인식되면 충방전 회로에 이상이 발생한 것으로 인식하는 단계 또는 구성을 포함한다.

상기 주충방전 전원장치의 출력전압은 직렬로 연결된 개별전지 전압의 합과 동일하거나 접촉부에서의 전압강하(개별 전지당 통상 수mV 이하) 정도이어야 이상적이나, 전지접촉부나 릴레이 접점이 접촉불량일 경우에 이들 전압 차이가 설정된(소정) 값 이상으로 검출될 경우에, 충방전 회로에 이상이 발생한 것으로 판단하여 설비의 운전을 정지시키고 안전에 관한 예방조치를 취할 수 있도록 경고 메시지를 생성하여 알려주는 단계 또는 구성을 포함한다.

상기 2차전지의 충방전 장치는 통상 대단히 많은 수량(전지 개수로 수 만개 이상)을 취급하고 있는데 제어장치의 충방전 제어프로그램을 수정하거나 업그레이드시키는 것이 용이하지 않다.

그러나, 본 발명에서는 직렬형 충방전 장치를 제어하는 주충방전 전원장치의 컨트롤러(전지갯수의 수십분의 1)에 원격통신(일례로 이더넷 등)으로 용이하게 프로그램 수정이나 업그레이드를 수행하는 단계 또는 구성을 포함시키므로 상승된 효과가 있다.

본 발명 명세서 상의 '미리 설정된 전류 프로파일', '충전레시피' 및 '방전레시피' 등은 도 2, 도 3 및 도 4에 도시되고 각각의 도면 설명에 기재되어 바와 같으며, 이러한 제어는 전지제어기(도1의 ⑪)와 상위 컨트롤러가 메모리에 탑재된 본 발명에 따라 설계 제작된 충방전 제어프로그램을 실행하여 서로 연동시켜 정밀 제어함에 의하여 이루어진다.

다음은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 구성들을 살펴본다.

본 발명의 하나의 실시 예는 양방향 주충방전 전원장치로 충방전하는 장치 및 방법에 있어서, 복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 충방전하되, 보조충전 전원장치를 개별전지에 병렬로 부가하여 개별전지의 용량차이를 보정하도록 구성하고, 상기 주충방전 전원장치의 충방전 전류가 단속(on/off)됨이 없이 소정의 레시피(충전 및 방전의 전기적 조건 등)에 따라 연속적으로 충방전하는 단계 또는 구성을 포함하고 있다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 보조충전 전원장치의 전기입력은 주충방전 전원장치의 입력단인 직류그리드 전원으로 구성하거나 혹은 별도의 직류 및 교류 전력 중 하나로 구성하고, 출력은 개별전지의 전압으로 하는 절연형 단방향 스위치모드 직류변환기로 구성되며, 제어프로그램이 탑재된 마이크로컨트롤러를 포함하는 별도의 전지제어기로 구성된 보조충전 전원장치로 개별전지의 전압과 전류를 가감하는 단계 또는 구성을 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 직렬충전 시에는 주충방전 전원장치가 소정의 충전레시피에 따라 소정의 정전류로 충전을 하면 '가장 용량이 적은 전지'의 전압이 제일 먼저 소정의 설정전압(혹은 최대전압, 리튬전지의 예시로 4,200mV 등)에 도달하게 된다.

상기 주충방전 전원장치는 상기 '가장 용량이 적은 전지'에 맞추어 정전압충전(충전 전류를 소정의 레시피에 따라)을 하고, 이보다 용량이 큰 다른 전지들은 상기 보조충전 전원장치로 부족한 충전전류를 소정의 충전레시피에 맞게 보충해서 모든 개별 전지가 전류의 단속(on/off)없이 소정의 충전레시피 대로 충전을 완료하는 단계 또는 구성을 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 직렬방전 시에는 주충방전 전원장치가 소정의 방전레시피에 따라 '가장 용량이 큰 전지'를 기준으로 방전 사이클 동안 소정의 정전류로 방전을 할 경우에 '가장 용량이 적은 전지'의 전압이 제일 먼저 소정의 설정전압(혹은 컷오프전압, 리튬전지의 예시로 2,800mV 등)에 도달하게 된다.

상기 '가장 용량이 적은 전지'의 충전보조 전원장치에서 주충방전 전원장치의 전류(상기 방전레시피의 전류) 만큼 전류를 공급(해당전지는 전류가 '0')하고,각각의 전지는 용량의 차이에 따라 상기의 방전동작을 수행하며, 모든 전지가 전류의 단속(on/off)없이 소정의 방전레시피 대로 방전을 완료하는 단계 또는 구성을 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 주충방전 전원장치는 충전 시에 소정의 정전류충전 구간에서만 충전을 하고, 정전압충전 구간에서는 개별전지의 보조충전 전원장치에서 소정의 충전 레시피에 따라 충전 전류를 제어하는 단계 또는 구성을 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 개별전지의 충전보조 전원장치보다 전력변환효율이 상대적으로 더 우수한 주충방전 전원장치를 우선 사용하면서도 제어기능을 단순화하기 위하여, 주충방전 전원장치는 충전 시에 소정의 정전류충전 구간에서는 소정의 정전류로 충전을 하고, 정전압충전 구간에서는 미리 설정된 전류 프로파일 대로 충전을 하며, 충전 레시피에서 설정한 전류보다 부족한 전류는 개별전지의 보조충전 전원장치에서 소정의 충전 레시피에 따라 충전 전류를 보충하도록 제어하는 단계 또는 구성을 포함한다.

이 기술분야에서의 통상의 기술자라면, 앞서 기술한 기술적 구성을 바탕으로 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법 및 장치의 다양한 보호범위를 용이하게 기재할 수 있을 것이다.

먼저, 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법에 대한 본 발명의 보호범위를 살펴본다.

본 발명의 하나의 실시 예는 양방향 주충방전 전원장치를 이용한 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법에 있어서, 복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 충방전하되, 상기 주충방전 전원장치의 충방전 전류가 단속됨이 없이 소정의 레시피에 따라 연속적으로 충방전하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 직렬로 연결된 개별전지에 병렬로 보조충전 전원장치를 설치하여 직렬로 연결된 2차전지의 용량 차이를 보정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 상기 보조충전 전원장치의 전기입력은 주충방전 전원장치의 입력단인 직류그리드 전원으로 구성하거나 혹은 별도의 직류 및 교류 전력 중 하나로 구성하고, 출력은 개별전지의 전압으로 하는 절연형 단방향 스위치모드 직류변환기로 구성되어 복수개가 직렬로 연결된 2차전지의 용량 차이를 보정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예의 직렬형충방전 방법은 보조충전 전원장치에 제어프로그램을 탑재하고 마이크로컨트롤러에서 실행하여 각각의 개별전지의 충방전이 제어되도록 구성된 각각의 전지제어기를 이용하여 개별전지의 전압과 전류를 가감하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 직렬충전 시에는 주충방전 전원장치가 소정의 충전레시피에 따라 소정의 정전류로 충전을 하면 직렬로 연결된 전지 중에서 가장 용량이 적은 전지의 전압이 먼저 소정의 설정전압에 도달하게 되며, 직렬형충방전은 충방전 전원장치가 상기 가장 용량이 적은 전지에 맞추어 정전압충전을 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 직렬형충방전 방법에서 가장 용량이 적은 전지 보다 용량이 큰 다른 전지들은 상기 보조충전 전원장치로 부족한 충전전류를 소정의 충전레시피에 맞게 보충해서 모든 개별 전지가 전류의 단속없이 충전을 완료하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 직렬방전 시에는 주충방전 전원장치가 소정의 방전레시피에 따라 직렬로 연결된 복수개의 전지 중에서 가장 용량이 큰 전지를 기준으로 방전 사이클 동안 소정의 정전류로 방전시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 직렬로 연결된 복수개의 전지 중에서 가장 용량이 적은 전지의 전압이 먼저 소정의 설정된 전압에 도달하게 되는데, 상기 용량이 적은 전지의 충전보조 전원장치에서 주충방전 전원장치의 전류만큼 전류를 공급하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 직렬로 연결된 복수개의 전지는 용량의 크기에 순서대로 상기의 작용을 반복하면서 모든 전지가 전류의 단속없이 설정된(소정) 방전레시피 대로 방전을 완료하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 주충방전 전원장치는 충전 시에 가장 용량이 적은 전지 기준으로 소정의 정전류충전 구간에서만 충전을 하고, 정전압충전 구간에서는 개별전지의 보조충전 전원장치에서 소정의 충전 레시피에 따라 충전 전류를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 개별전지의 충전보조 전원장치 보다 전력변환효율이 상대적으로 우수한 주충방전 전원장치를 사용하면서도 제어기능을 단순화하기 위하여, 주충방전 전원장치는 충전 시에 가장 용량이 적은 전지 기준으로 소정의 정전류충전 구간에서 소정의 정전류로 충전하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 정전압충전 구간에서는 미리 설정된 전류 프로파일을 따라 충전이 되며, 충전 레시피에서 설정된 전류 보다 부족한 전류는 개별전지의 보조충전 전원장치에서 소정의 충전 레시피에 따라 충전 전류를 보충하도록 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 보조충전 전원장치의 전류센서와 주충방전 전원장치의 전류센서가 서로 측정 값을 주고받으면서 자동으로 혹은 주기적으로 교정하여 개별전지들의 전류를 측정하여 복수개가 직렬로 연결된 2차전지의 용량 차이를 정밀하게 보정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 주충방전 전원장치의 출력 전압과 개별전지 전압의 합을 비교하여 접촉저항에 의한 전압강하가 설정된 값 이상의 전압차이가 있을 경우에 안전성을 높이기 위하여 전지나 접촉부의 불량으로 사전 인식하고 운전을 정지하거나 예방적 사전 조치를 위한 경고 메시지를 보내는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 다수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법에서 한 개로 구성된 주충방전기 컨트롤러에 원격 통신으로 용이하게 충방전 프로그램의 수정이나 업그레이드를 하는 단계를 포함한다.

다음은 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치에 대한 본 발명의 보호범위를 살펴본다.

양방향 주충방전 전원장치를 사용한 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치에 있어서, 복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 충방전하되, 상기 주충방전 전원장치의 충방전 전류가 단속됨이 없이 소정의 레시피에 따라 연속적으로 충방전하도록 구성되어 있다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 복수개가 직렬로 연결된 2차전지의 용량 차이를 보정하기 위하여 직렬로 연결된 개별전지에 병렬로 보조충전 전원장치가 설치되어 있다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 보조충전 전원장치의 전기입력은 주충방전 전원장치의 입력단인 직류그리드 전원으로 구성하거나 혹은 별도의 직류 및 교류 전력 중 하나로 구성하고, 출력은 개별전지의 전압으로 하는 절연형 단방향 스위치모드 직류변환기로 구성되어 있다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 보조충전 전원장치는 제어프로그램을 탑재하고 마이크로컨트롤러에서 실행하여 각각의 개별전지의 충방전이 정밀 제어되도록 구성된 각각의 개별전지의 전지제어기를 이용하여 개별전지의 전압과 전류를 가감하도록 구성되어 있다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 직렬충전 시에는 주충방전 전원장치가 소정의 충전레시피에 따라 소정의 정전류로 충전을 하면 직렬로 연결된 전지 중에서 가장 용량이 적은 전지의 전압이 먼저 소정의 설정전압에 도달하게 되며, 충방전 전원장치는 상기 가장 용량이 적은 전지에 맞추어 정전압충전을 수행하도록 구성되어 있다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 가장 용량이 적은 전지 보다 용량이 큰 다른 전지들은 상기 보조충전 전원장치로 부족한 충전전류를 소정의 충전레시피에 맞게 보충해서 모든 개별 전지가 전류의 단속없이 충전이 완료된다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 직렬방전 시에는 주충방전 전원장치가 소정의 방전레시피에 따라 직렬로 연결된 복수개의 전지 중에서 용량이 가장 큰 전지를 기준으로 방전 사이클 동안 소정의 정전류로 방전이 되도록 구성되며, 직렬로 연결된 복수개의 전지 중에서 가장 용량이 적은 전지의 전압이 먼저 소정의 설정전압에 도달하게 되는데, 상기 용량이 적은 전지의 충전보조 전원장치에서 주충방전 전원장치의 전류만큼 전류를 공급하도록 구성되어 있다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 직렬로 연결된 복수개의 전지는 용량의 크기에 순서대로 상기의 작용을 반복하면서 모든 전지가 전류의 단속없이 소정의 방전레시피 대로 방전이 완료된다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 주충방전 전원장치는 충전 시에 소정의 정전류충전 구간에서만 충전을 하고, 정전압충전 구간에서는 개별전지의 보조충전 전원장치에서 소정의 충전 레시피에 따라 충전 전류를 제어한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 개별전지의 충전보조 전원장치 보다 전력변환효율이 상대적으로 우수한 주충방전 전원장치를 사용하면서도 제어기능을 단순화하기 위하여, 주충방전 전원장치는 충전 시에 소정의 정전류충전 구간에서 소정의 정전류로 충전을 하도록 구성되어 있다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 정전압충전 구간에서 미리 설정된 전류 프로파일을 따라 충전이 되며, 충전 레시피에서 설정된 전류 보다 부족한 전류는 개별전지의 보조충전 전원장치에서 소정의 충전 레시피에 따라 충전 전류를 보충 제어하도록 구성되어 있다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 보조충전 전원장치의 전류센서와 주충방전 전원장치의 전류센서가 서로 측정 값을 주고받으면서 자동으로 혹은 주기적으로 교정하여 개별전지들의 전류를 측정하여 복수개가 직렬로 연결된 2차전지의 용량 차이를 정밀하게 보정할 수 있도록 구성되어 있다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 주충방전 전원장치의 출력 전압과 개별전지 전압의 합을 비교하여 접촉저항에 의한 전압강하가 설정된 값 이상의 전압차이가 있을 경우에 안전성을 높이기 위하여 전지나 접촉부의 불량으로 사전 인식하고 운전을 정지하거나 예방적 사전 조치할 수 있도록 구성되어 있다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 다수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법에서 한 개로 구성된 주충방전기 컨트롤러에 원격 통신으로 용이하게 충방전 프로그램의 수정이나 업그레이드할 수 있도록 구성되어 있다.

본 발명의 보호범위는 필요에 따라 앞서 기술한 내용에 기초하여 앞서 기술한 보호범위 외에 다양하게 정할 수 있다.

본 발명은 복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 충방전하는 방법 및 장치에 있어서, 보조충전 전원장치를 개별전지에 병렬로 부가하여 보정에 의해 개별전지의 용량차이를 해소하고, 상기 주충방전 전원장치의 충방전 전류가 단속(on/off)됨이 없이 소정의 레시피에 따라 연속적으로 충방전하도록 구성된 전류의 단속이 없는 직렬형 충방전 방법 및 장치를 제공하여 설비비용과 운용비용을 절감할 수 있으므로 산업상 이용가능성이 매우 높다.

[부호의 설명]

①; 직류 그리드 ②; 양방향 주충반전 전원장치

③; 양방향 연결릴레이 ④; 바이패스 릴레이

⑤; 양극그립 ⑥; 개별전지

⑦; 전류센서 ⑧; 음극그립

⑨; 전지전압 ⑩; 전류신호

⑪; 전지제어기 ⑫; 소정의 전류

⑬; 보조충전 전원장치 ⑮; 외부전력

(16); 양방향통신

51; 전지의 초기전압 52; 최고 전압

53; 충전하기 전 전지에 소정의 정전류 54; 소정의 컷오프전류

55; 정전류 56; 컷오프 전압

65; 부족분 만큼의 전류

75; 전지에 맞춘 전류패턴 76; 전지에 맞춘 전류패턴

Claims

양방향 주충방전 전원장치를 이용한 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치에 있어서,

복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 충방전하되,

상기 주충방전 전원장치의 충방전 전류가 단속됨이 없이 소정의 레시피에 따라 연속적으로 충방전하도록 구성됨을 특징으로 하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치.
제1항에 있어서,

복수개가 직렬로 연결된 2차전지의 용량 차이를 보정하기 위하여 직렬로 연결된 개별전지에 병렬로 보조충전 전원장치를 부가 설치함을 특징으로 하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

보조충전 전원장치의 전기입력은 주충방전 전원장치의 입력단인 직류그리드 전원으로 구성하거나 혹은 별도의 직류 및 교류 전력 중 하나로 구성하고,

출력은 개별전지의 전압으로 하는 절연형 단방향 스위치모드 직류변환기로 구성됨을 특징으로 하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치.
제2항에 있어서,

보조충전 전원장치는 제어프로그램을 탑재하고 마이크로컨트롤러에서 실행하여 각각의 개별전지의 충방전이 제어되도록 구성된 각각의 전지제어기를 이용하여 개별전지의 전압과 전류를 가감하는 것을 특징으로 하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치.
제4항에 있어서,

직렬충전 시에는 주충방전 전원장치가 소정의 충전레시피에 따라 소정의 정전류로 충전을 하면 직렬로 연결된 전지 중에서 가장 용량이 적은 전지의 전압이 먼저 소정의 설정전압에 도달하게 되며,

충방전 전원장치는 상기 가장 용량이 적은 전지에 맞추어 정전압충전을 수행하도록 구성됨을 특징으로 하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치.
제4항에 있어서,

가장 용량이 적은 전지 보다 용량이 큰 다른 전지들은 상기 보조충전 전원장치로 부족한 충전전류를 소정의 충전레시피에 맞게 보충해서 모든 개별 전지가 전류의 단속없이 충전이 완료되는 것을 특징으로 하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치.
제2항에 있어서,

직렬방전 시에는 주충방전 전원장치가 소정의 방전레시피에 따라 직렬로 연결된 복수개의 전지 중에서 가장 용량이 큰 전지를 기준으로 방전 사이클 동안 소정의 정전류로 방전이 되도록 구성됨을 특징으로 하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치.
제7항에 있어서,

직렬로 연결된 복수개의 전지 중에서 가장 용량이 적은 전지의 전압이 먼저 소정의 설정전압에 도달하게 되는데, 상기 용량이 적은 전지의 충전보조 전원장치에서 주충방전 전원장치의 전류만큼 전류를 공급하도록 구성함을 특징으로 하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치.
제7항에 있어서,

직렬로 연결된 복수개의 전지는 용량의 크기에 순서대로 상기의 작용을 반복하면서 모든 전지가 전류의 단속없이 소정의 방전레시피 대로 방전이 완료되는 것을 특징으로 하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치.
제2항에 있어서,

주충방전 전원장치는 충전 시에 가장 용량이 적은 전지 기준으로 소정의 정전류충전 구간에서만 충전을 하고, 정전압충전 구간에서는 개별전지의 보조충전 전원장치에서 소정의 충전 레시피에 따라 충전 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치.
제2항에 있어서,

개별전지의 충전보조 전원장치 보다 전력변환효율이 상대적으로 우수한 주충방전 전원장치를 사용하면서도 제어기능을 단순화하기 위하여,

주충방전 전원장치는 충전 시에 가장 용량이 적은 전지 기준으로 소정의 정전류충전 구간에서 소정의 정전류로 충전을 하는 것을 특징으로 하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치.
제11항에 있어서,

정전압충전 구간에서는 미리 설정된 전류 프로파일을 따라 충전이 되며,

충전 레시피에서 설정된 전류 보다 부족한 전류는 개별전지의 보조충전 전원장치에서 소정의 충전 레시피에 따라 충전 전류를 보충제어하는 것을 특징으로 하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치.
제2항에 있어서,

보조충전 전원장치의 전류센서와 주충방전 전원장치의 전류센서가 서로 측정 값을 주고받으면서 자동으로 혹은 주기적으로 교정하여 개별전지들의 전류를 측정하여 복수개가 직렬로 연결된 2차전지의 용량 차이를 정밀하게 보정함을 특징으로 하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치.
제1항에 있어서,

주충방전 전원장치의 출력 전압과 개별전지 전압의 합을 비교하여 접촉저항에 의한 전압강하가 설정된 값 이상의 전압차이가 있을 경우에 안전성을 높이기 위하여 전지나 접촉부의 불량으로 사전 인식하고 운전을 정지하거나 예방적 사전 조치를 위한 경고 메시지를 보냄을 특징으로 하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치.
제1항에 있어서,

다수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법에서 한 개로 구성된 주충방전기 컨트롤러에 원격 통신으로 용이하게 충방전 프로그램의 수정이나 업그레이드를 포함함을 특징으로 하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 장치.
양방향 주충방전 전원장치를 이용한 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법에 있어서,

복수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 주충방전 전원장치로 충방전하되,

상기 주충방전 전원장치의 충방전 전류가 단속됨이 없이 충방전 레시피에 따라 연속적으로 충방전하는 단계를 포함하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법.
제16항에 있어서,

직렬로 연결된 개별전지에 병렬로 보조충전 전원장치를 설치하여 복수개가 직렬로 연결된 2차전지의 용량 차이를 보정하는 단계를 구비한 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법.
제16항 또는 제17항에 있어서,

상기 보조충전 전원장치의 전기입력은 주충방전 전원장치의 입력단인 직류그리드 전원으로 구성하거나 혹은 별도의 직류 및 교류 전력 중 하나로 구성하고,

출력은 개별전지의 전압으로 하는 절연형 단방향 스위치모드 직류변환기로 구성되어 복수개가 직렬로 연결된 2차전지의 용량 차이를 보정하는 단계를 포함하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법.
제17항에 있어서,

직렬형충방전 방법은 보조충전 전원장치에 제어프로그램을 탑재하고 마이크로컨트롤러에서 실행하여 각각의 개별전지의 충방전이 제어되도록 구성된 각각의 전지제어기를 이용하여 개별전지의 전압과 전류를 가감하는 단계를 포함하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법.
제19항에 있어서,

직렬충전 시에는 주충방전 전원장치가 소정의 충전레시피에 따라 소정의 정전류로 충전을 하면 직렬로 연결된 전지 중에서 가장 용량이 적은 전지의 전압이 먼저 소정의 설정전압에 도달하게 되며,

직렬형충방전은 충방전 전원장치가 상기 가장 용량이 적은 전지에 맞추어 정전압충전을 수행하는 단계를 포함하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법.
제19항에 있어서,

직렬형충방전 방법에서 가장 용량이 적은 전지 보다 용량이 큰 다른 전지들은 상기 보조충전 전원장치로 부족한 충전전류를 소정의 충전레시피에 맞게 보충해서 모든 개별 전지가 전류의 단속없이 충전을 완료하는 단계를 포함하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법.
제16항에 있어서,

직렬방전 시에는 주충방전 전원장치가 설정된 방전레시피에 따라 직렬로 연결된 복수개의 전지 중에서 가장 용량이 큰 전지를 기준으로 방전 사이클 동안 소정의 정전류로 방전시키는 단계를 포함하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법.
제22항에 있어서,

소정의 정전류로 방전시키는 단계에서, 직렬로 연결된 복수개의 전지 중에서 가장 용량이 적은 전지의 전압이 먼저 소정의 설정전압에 도달하게 되는데, 상기 용량이 적은 전지의 충전보조 전원장치에서 주충방전 전원장치의 전류만큼의 전류를 공급하는 단계를 포함하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법.
제22항에 있어서,

직렬로 연결된 복수개의 전지는 용량의 크기에 순서대로 상기의 작용을 반복하면서 모든 전지가 전류의 단속없이 소정의 방전레시피 대로 방전을 완료하는 단계를 포함하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법.
제17항에 있어서,

주충방전 전원장치는 충전 시에 가장 용량이 적은 전지 기준으로 소정의 정전류충전 구간에서만 충전을 하고, 정전압충전 구간에서는 개별전지의 보조충전 전원장치에서 소정의 충전 레시피에 따라 충전 전류를 제어하는 단계를 포함하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법.
제17항에 있어서,

개별전지의 충전보조 전원장치 보다 전력변환효율이 상대적으로 우수한 주충방전 전원장치를 사용하면서도 제어기능을 단순화하기 위하여, 주충방전 전원장치는 충전 시에 가장 용량이 적은 전지 기준으로 소정의 정전류충전 구간에서 소정의 정전류로 충전하는 단계를 포함하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법.
제26항에 있어서,

정전압충전 구간에서는 미리 설정된 전류 프로파일을 따라 충전이 되며,

충전 레시피에서 설정된 전류 보다 부족한 전류는 개별전지의 보조충전 전원장치에서 소정의 충전 레시피에 따라 충전 전류를 보충 제어하는 단계를 포함하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법.
제17항에 있어서,

보조충전 전원장치의 전류센서와 주충방전 전원장치의 전류센서가 서로 측정 값을 주고받으면서 자동으로 혹은 주기적으로 교정하여 개별전지들의 전류를 측정하여 복수개가 직렬로 연결된 2차전지의 용량 차이를 정밀하게 보정하는 단계를 포함하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법.
제16항에 있어서,

주충방전 전원장치의 출력 전압과 개별전지 전압의 합을 비교하여 접촉저항에 의한 전압강하가 설정된 값 이상의 전압차이가 있을 경우에 안전성을 높이기 위하여 전지나 접촉부의 불량으로 사전 인식하고 운전을 정지하거나 예방적 사전 조치를 위한 경고 메시지를 보내는 단계를 포함하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법.
제16항에 있어서,

다수개의 2차전지를 직렬로 연결하여 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법에서 한 개로 구성된 주충방전기 컨트롤러에 원격 통신으로 용이하게 충방전 프로그램의 수정이나 업그레이드를 하는 단계를 포함하는 전류의 단속이 없는 직렬형충방전 방법.