KR102145090B1 - 축전 장치, 축전 제어 장치 및 축전 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

셀의 전압을 균등화할 때의 셀의 부담을 억제하는 축전 장치, 축전 제어 장치 및 축전 제어 방법을 제공한다. 직렬 접속된 복수의 셀과, 리액터 및 콘덴서를 포함하는 직렬 공진 회로와, 상기 셀과 상기 직렬 공진 회로의 접속 상태를 제어하는 축전 제어 장치를 구비하며, 상기 축전 제어 장치는, 상기 직렬 공진 회로를 통하여 동일수의 셀간에 에너지를 수수시킨다.

Description

축전 장치, 축전 제어 장치 및 축전 제어 방법 {ELECTRICITY STORAGE DEVICE, ELECTRICITY STORAGE CONTROL DEVICE, AND ELECTRICITY STORAGE CONTROL METHOD}
본 개시는 축전 장치, 축전 제어 장치 및 축전 제어 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 셀에 전기를 축적하는 축전 장치, 축전 제어 장치 및 축전 제어 방법에 관한 것이다.
종래부터, 직렬 접속된 복수의 셀의 전압을 균등화하는 기술이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는, 콘덴서의 단자 전압을 전하가 축적된 승압 소자의 전압으로 승압하여 이차 전지에 전하를 이송하는 전지간 전압 균등화 회로가 제안되어 있다.
일본 특허 공개 제2013-13291호 공보
직렬 접속된 복수의 셀의 전압을 균등화할 때, 각 셀의 전위차가 큰 경우에는, 에너지를 받는 측의 셀에 과대한 전류가 유입되어 큰 부담이 되는 경우가 있다.
본 개시는 셀의 전압을 균등화할 때의 셀의 부담을 억제하는 축전 장치, 축전 제어 장치 및 축전 제어 방법을 제공한다.
본 개시에 관한 축전 장치는, 직렬 접속된 복수의 셀과, 리액터 및 콘덴서를 포함하는 직렬 공진 회로와, 상기 셀과 상기 직렬 공진 회로의 접속 상태를 제어하는 축전 제어 장치를 구비하며, 상기 축전 제어 장치는, 상기 직렬 공진 회로를 통하여 동일수의 셀간에 에너지를 수수시키는 것이다.
상기 축전 제어 장치는, 적어도 1개의 셀을 포함하는 제1 셀을 상기 직렬 공진 회로에 접속시킨 후, 상기 제1 셀과 동일수의 셀을 포함하고, 상기 제1 셀과 비교하여 총 전압이 상대적으로 작은 제2 셀을 상기 직렬 공진 회로에 접속시켜도 된다.
이 경우, 상기 축전 제어 장치는, 연속되는 복수의 셀을 상기 제1 셀로 선택하고, 상기 제1 셀과 동일수의 연속되는 셀을 상기 제2 셀로 선택해도 된다.
혹은, 상기 축전 제어 장치는, 상기 제1 셀이 상기 직렬 공진 회로에 접속된 후에 상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류의 방향이 변화한 경우, 상기 제1 셀을 상기 직렬 공진 회로로부터 절단시켜도 된다. 이 경우, 상기 축전 제어 장치는, 상기 제2 셀이 상기 직렬 공진 회로에 접속된 후에 상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류의 방향이 변화한 경우, 상기 제2 셀을 상기 직렬 공진 회로로부터 절단시켜도 된다. 이 경우, 상기 축전 제어 장치는, 상기 제1 및/또는 제2 셀이 상기 직렬 공진 회로로부터 절단된 후, 설정된 기간, 어느 셀도 상기 직렬 공진 회로로부터 절단된 상태를 유지하고, 상기 설정된 기간 중에, 상기 셀의 전압에 기초하여 에너지의 수수를 종료해야 할지 여부를 판정해도 된다.
상기 직렬 공진 회로는 저항을 포함하고, 상기 축전 제어 장치는, 상기 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류의 방향을 검지해도 된다.
상기 축전 제어 장치는, 상기 직렬 공진 회로와 상기 셀의 접속을 상기 직렬 공진 회로의 공진 주파수로 전환해도 된다.
상기 직렬 공진 회로의 공진 주파수는, 교류 임피던스법으로 측정된 상기 셀의 내부 임피던스의 콜-콜 플롯에서의 허수 성분이 0으로 되는 경우의 주파수여도 된다.
상기 축전 제어 장치는, 전압이 최대인 셀을 상기 제1 셀에 포함시켜도 된다. 이 경우, 상기 축전 제어 장치는, 전압이 최소인 셀을 상기 제2 셀에 포함시켜도 된다.
축전 장치는, 상기 셀과 상기 직렬 공진 회로를 접속 또는 절단하는 스위치를 더 구비하고, 상기 축전 제어 장치는, 상기 스위치의 동작을 제어함으로써 상기 셀과 상기 직렬 공진 회로의 접속 상태를 제어해도 된다.
상기 셀은, 충전율 0％ 내지 100％의 구간 중 5할 이상에 걸치는 일련의 구간에서의 전압 변화가 0.25V 이하로 되는 방전 특성을 가져도 된다.
본 개시에 관한 축전 제어 장치는, 직렬 접속된 복수의 셀과 리액터 및 콘덴서를 포함하는 직렬 공진 회로와의 접속 상태를 제어하는 구성으로, 상기 직렬 공진 회로를 통하여 동일수의 셀간에 에너지를 수수시키는 것이다.
본 개시에 관한 축전 제어 방법은, 직렬 접속된 복수의 셀과 리액터 및 콘덴서를 포함하는 직렬 공진 회로와의 접속 상태를 제어 장치에 의해 제어하여, 상기 직렬 공진 회로를 통하여 동일수의 셀간에 에너지를 수수시킨다.
본 개시에 따르면, 셀의 전압을 균등화할 때의 셀의 부담을 억제할 수 있다.
도 1은, 본 개시의 제1 실시 형태의 축전 장치의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이며, A는 1개의 셀과 직렬 공진 회로의 접속 상태를 나타내고, B는 다른 1개의 셀과 직렬 공진 회로의 접속 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 개시의 제1 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이며, A는 2개의 셀과 직렬 공진 회로의 접속 상태를 나타내고, B는 다른 2개의 셀과 직렬 공진 회로의 접속 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 개시의 제1 실시 형태의 제2 변형예의 축전 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이며, A는 2개의 셀과 직렬 공진 회로의 접속 상태를 나타내고, B는 당해 2개의 셀 중 1개와 다른 1개의 셀에 의한 직렬 공진 회로로의 접속 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 개시의 제2 실시 형태의 축전 장치의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5는, 본 개시의 제2 실시 형태의 축전 장치에서의 축전 제어 장치의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 6은, 본 개시의 제2 실시 형태의 축전 장치의 동작예를 나타내는 흐름도이다.
도 7은, 본 개시의 제2 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 8은, 본 개시의 제3 실시 형태의 축전 장치의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 9는, 본 개시의 제3 실시 형태의 축전 장치에서의 축전 제어 장치의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 10은, 본 개시의 제3 실시 형태의 축전 장치를 등가 회로로서 도시하는 도면이다.
도 11은, 본 개시의 제3 실시 형태의 축전 장치의 동작예를 나타내는 타임차트이며, A는 직렬 공진 회로에 흐르는 전류를 나타내고, B는 셀의 전압을 나타내고, C는 제1 스위치의 개폐 상태를 나타내고, D는 제2 스위치의 개폐 상태를 나타내는 타임차트이다.
도 12는, 본 개시의 제3 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치에서의 공진 전류 방향 검출부의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 13은, 본 개시의 제3 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치에서의 공진 전류 방향 검출부의 동작예를 나타내는 타임차트이다. 구체적으로는, A는 직렬 공진 회로에 흐르는 공진 전류, B는 제1 비교기의 출력, C는 제2 비교기의 출력, D는 제1 D형 플립플롭의 출력, E는 제2 D형 플립플롭의 출력, F는 제1 AND 회로의 출력, G는 제2 AND 회로의 출력을 나타낸다.
도 14는, 본 개시의 제3 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치의 동작예를 나타내는 흐름도이다.
도 15는, 본 개시의 제4 실시 형태의 축전 장치의 동작예를 나타내는 타임차트이며, A는 직렬 공진 회로에 흐르는 공진 전류를 나타내고, B는 제1 스위치의 개폐 상태를 나타내고, C는 제2 스위치의 개폐 상태를 나타내는 타임차트이다.
도 16은, 본 개시의 제4 실시 형태의 축전 장치의 동작예를 나타내는 흐름도이다.
도 17은, 본 개시의 제4 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치의 동작예를 나타내는 타임차트이며, A는 직렬 공진 회로에 흐르는 공진 전류를 나타내고, B는 제1 스위치의 개폐 상태를 나타내고, C는 제2 스위치의 개폐 상태를 나타내는 타임차트이다.
도 18은, 본 개시의 제4 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치의 동작예를 나타내는 흐름도이다.
도 19는, 본 개시의 제5 실시 형태의 축전 장치에서의 일부 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 20은, 본 개시의 제5 실시 형태의 축전 장치를 등가 회로로서 도시하는 도면이다.
도 21은, 본 개시의 제5 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치에서의 일부 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 22는, 본 개시의 제5 실시 형태의 제2 변형예의 축전 장치에서의 일부 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 23은, 본 개시의 제6 실시 형태의 축전 장치의 동작예를 나타내는 흐름도이다.
도 24는, 본 개시의 제7 실시 형태의 축전 장치의 구성예를 설명하기 위한 콜-콜 플롯도이다.
도 25는, 본 개시의 제7 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치의 구성예를 설명하기 위한 콜-콜 플롯도이다.
도 26은, 본 개시의 제8 실시 형태의 축전 장치의 구성예를 설명하기 위한 셀의 방전 곡선도이다.
이하, 본 개시를 실시하기 위한 적합한 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에 설명하는 복수의 실시 형태는, 본 개시의 대표적인 실시 형태의 일례를 나타낸 것이며, 이에 의해 본 개시의 범위가 좁게 해석되는 일은 없다. 또한, 각 실시 형태에 있어서, 서로 대응하는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다. 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 제1 실시 형태
(동일수의 셀간에 에너지를 수수하는 축전 장치의 예)
2. 제1 실시 형태의 제1 변형예
(셀수가 동일한 셀군간에 에너지를 수수하는 축전 장치의 예)
3. 제1 실시 형태의 제2 변형예
(일부의 셀이 중복되는 셀수가 동일한 셀군간에 에너지를 수수하는 축전 장치의 예)
4. 제2 실시 형태
(상대적으로 전압이 큰 제1 셀과 상대적으로 전압이 작은 제2 셀의 사이에서 에너지를 수수하는 축전 장치의 예)
5. 제2 실시 형태의 제1 변형예
(복수의 셀을 포함하는 제1 셀과, 제1 셀과 동일수의 셀을 포함하는 제2 셀의 사이에서 에너지를 수수하는 축전 장치의 예)
6. 제3 실시 형태
(전류 0A로 됨에 따라 셀과 직렬 공진 회로의 접속을 전환하는 축전 장치의 예)
7. 제3 실시 형태의 제1 변형예
(전류 방향의 변화에 따라 셀과 직렬 공진 회로의 접속을 전환하는 축전 장치의 예)
8. 제4 실시 형태
(제2 셀의 직렬 공진 회로로부터의 절단부터 다음 제1 셀의 직렬 공진 회로로의 접속까지의 사이에 설정된 기간, 모든 셀이 직렬 공진 회로로부터 절단된 상태를 유지하는 축전 장치의 예)
9. 제4 실시 형태의 제1 변형예
(제1 셀의 직렬 공진 회로로부터의 절단부터 제2 셀의 직렬 공진 회로로의 접속까지의 사이에도, 설정된 기간, 모든 셀이 직렬 공진 회로로부터 절단된 상태를 유지하는 축전 장치의 예)
10. 제5 실시 형태
(직렬 공진 회로가 저항을 구비하는 축전 장치의 예)
11. 제5 실시 형태의 제1 변형예
(저항에 기초하여 공진 전류의 방향을 검지하는 축전 장치의 예)
12. 제5 실시 형태의 제2 변형예
(직렬 공진 회로의 저항이 기생 저항인 축전 장치의 예)
13. 제6 실시 형태
(셀과 직렬 공진 회로의 접속을 직렬 공진 회로의 공진 주파수로 전환하는 축전 장치의 예)
14. 제7 실시 형태
(직렬 공진 회로가 콜-콜 플롯에 적응한 공진 주파수를 갖는 축전 장치의 예)
15. 제7 실시 형태의 제1 변형예
(충전율마다의 콜-콜 플롯을 고려하여 직류 공진 회로의 공진 주파수가 설정된 축전 장치의 예)
16. 제8 실시 형태
(실질적으로 플랫한 방전 특성을 갖는 셀을 적용한 축전 장치의 예)
<1. 제1 실시 형태>
[장치의 구성예]
도 1은, 본 실시 형태의 축전 장치(100)의 구성예를 모식적으로 도시하는 전체도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 축전 장치(100)는, 복수의 셀(110a, 110b)과, 직렬 공진 회로(120)와, 축전 제어 장치(130)를 구비한다.
[셀(110a, 110b)]
도 1에 도시하는 바와 같이, 각 셀(110a, 110b)은 직렬 접속되어 있다. 각 셀(110a, 110b)은 모두 충방전 가능하게 되어 있다. 즉, 각 셀(110a, 110b)은, 충전시에는, 도시하지 않은 충전 장치로부터 공급된 충전 전류를 전하로서 축적하고, 방전시에는, 축적된 전하를 방전 전류로서 도시하지 않은 부하에 공급할 수 있다.
셀(110a, 110b)의 개수는, 복수이면, 도 1에 도시하는 바와 같은 2개에 한정되지 않는다. 각 셀(110a, 110b)은 동일 규격으로 구성되어도 되고, 또는, 다른 규격으로 구성되어도 된다. 각 셀(110a, 110b)은, 각각이 단전지 및 조전지 중 어느 것이어도 된다. 셀(110a, 110b)을 조전지로 하는 경우, 조전지 내에서의 접속은 직렬 또는 병렬 혹은 이들 양쪽이어도 된다. 보다 바람직한 셀(110a, 110b)의 형태에 대해서는, 후술하는 <16. 제8 실시 형태>에서 설명한다.
[직렬 공진 회로(120)]
도 1에 도시하는 바와 같이, 직렬 공진 회로(120)는 리액터(121) 및 콘덴서(122)를 갖는다. 리액터(121) 및 콘덴서(122)는 직렬 접속되어 있다.
직렬 공진 회로(120)에는, 리액터(121)의 유도성 리액턴스 및 콘덴서(122)의 용량성 리액턴스에 따른 전류가 흐른다. 리액터(121)의 자기 인덕턴스[H] 및 콘덴서(122)의 정전 용량[F]은 한정되지 않는다. 보다 바람직한 직렬 공진 회로(120)의 형태에 대해서는, 후술하는 <14. 제7 실시 형태>에서 설명한다.
[축전 제어 장치(130)]
축전 제어 장치(130)는, 셀(110a, 110b)과 직렬 공진 회로(120)의 전기적인 접속 상태를 제어한다. 여기서, 도 1에는, 축전 제어 장치(130)의 제어에 의해 형성되는 셀(110a, 110b)과 직렬 공진 회로(120)의 접속 상태가, 쌍방향 화살표 A에 의해 모식적으로 도시되어 있다. 또한, 도 1에는, 축전 제어 장치(130)가 접속 상태를 제어하는 구성인 것이, 도면 중의 파선에 의해 모식적으로 도시되어 있다. 또한, 도 1의 A에는, 1개의 셀(110a)과 직렬 공진 회로(120)가 접속되고, 또한, 다른 1개의 셀(110b)과 직렬 공진 회로(120)가 절단된 상태가 도시되어 있다. 한편, 도 1의 B에는, 1개의 셀(110a)과 직렬 공진 회로(120)가 절단되고, 또한, 다른 1개의 셀(110b)과 직렬 공진 회로(120)가 접속된 상태가 도시되어 있다.
전압 균등화 처리시에, 에너지를 주는 급전측의 셀과 에너지를 받는 수전측의 셀의 전위차가 큰 경우에는, 수전측의 셀에 과대한 전류가 유입되어, 수전측의 셀에 손상을 줄 우려가 있다. 본 개시에서는, 급전측의 셀과 수전측의 셀의 전위차에 기초하는 수전측의 셀에의 부담을 억제하는 것을 목적 중 하나로 하여, 축전 제어 장치(130)가 동일수의 셀간에 에너지를 수수시키는 구성으로 되어 있다. 구체적으로는, 축전 제어 장치(130)는, 예를 들어 도 1의 A 및 도 1의 B에 도시하는 접속 상태를 선택적으로 형성함으로써, 직렬 공진 회로(120)를 통하여 동일수의 셀간에 에너지를 수수시킨다.
여기서, 본 개시에 있어서의 동일수의 셀간에서의 에너지의 수수는, n개(단, n은 임의의 자연수)의 급전측의 셀로부터 직렬 공진 회로로 에너지를 이동시키는 것, 및 상기 에너지를 직렬 공진 회로로부터 n개의 수전측의 셀로 이동시키는 것에 의해 행해진다. 바꾸어 말하면, 본 개시에 있어서의 동일수의 셀간에서의 에너지의 수수는, 직렬 공진 회로에 대하여 n개의 급전측의 셀 및 n개의 수전측의 셀을 선택적으로 접속함으로써 행해진다. 또한, 본 개시에 있어서의 동일수의 셀간에서의 에너지의 수수는, 상기 동일수의 셀 이외의 셀이나 직렬 공진 회로의 콘덴서 이외의 콘덴서 등과 같은, 상기 동일수의 셀 및 직렬 공진 회로의 어느 것에도 해당되지 않는 축전 소자와의 에너지의 수수는 수반하지 않는다.
축전 제어 장치(130)는, 셀(110a, 110b)과 직렬 공진 회로(120)를 접속 또는 절단하는 전자 장치 등을 전기적으로 제어함으로써, 셀(110a, 110b)과 직렬 공진 회로(120)의 접속 상태를 제어해도 된다. 이 경우, 전자 장치는 스위칭 디바이스 등을 포함해도 된다.
축전 제어 장치(130)는 전자 장치 등에 의해 구성해도 된다. 이 경우, 전자 장치는, CPU(Central Processing Unit)나 MPU(Micro-Processing Unit) 등의 연산 처리 장치 및 RAM(Random Access Memory)이나 ROM(Read Only Memory) 등의 기억 장치 등을 구비해도 된다. ROM에는, 축전 제어 장치(130)의 기능을 실현하기 위한 프로그램, 즉 컴퓨터를 축전 제어 장치(130)로서 기능시키는 프로그램이나 데이터를 저장해도 된다. 연산 처리 장치는, ROM에 저장된 프로그램을 실행함으로써, 축전 제어 장치(130)의 기능을 실현해도 된다. RAM은, 연산 처리 장치의 작업 영역 등으로서 이용해도 된다. 단, 이와 같은 구성에 한정되지 않는다.
[장치의 동작예]
축전 장치(100)의 동작예를 이하에 설명한다. 이하의 동작예는, 본 개시에 관한 축전 제어 방법의 일 실시 형태를 포함한다. 단, 본 개시에 관한 축전 제어 방법은, 축전 장치(100) 이외의 구성으로 구현화되어도 된다.
본 실시 형태에서는, 축전 제어 장치(130)에 의해 셀(110a, 110b)과 직렬 공진 회로(120)의 접속 상태가 도 1의 A 및 도 1의 B와 같이 제어됨으로써, 셀(110a, 110b)이 직렬 공진 회로(120)에 선택적으로 접속된다. 직렬 공진 회로(120)에 접속된 셀(110a, 110B)은, 직렬 공진 회로(120)와의 사이에서 전류의 수수에 의해 에너지를 이동시킨다. 이에 의해, 직렬 공진 회로(120)를 통한 양쪽 셀(110a, 110b)간의 에너지의 수수가 행해진다. 예를 들어, 1개의 셀(110a)이 보유하는 에너지가, 다른 1개의 셀(110b)이 보유하는 에너지보다 큰 경우에는, 직렬 공진 회로(120)를 통하여 셀(110a)로부터 셀(110b)로 에너지가 공급된다. 에너지의 공급 후에는, 양쪽 셀(110a, 110b)간의 에너지의 변동이 저감 혹은 해소된다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 축전 장치(100)에 따르면, 축전 제어 장치(130)에 의해, 동일수의 셀간, 즉 1개의 셀(110a)과 다른 1개의 셀(110b)의 사이와 같은 전위차가 적은 조건하에서, 셀끼리 적은 전류에 의해 에너지를 수수할 수 있다. 가령 직렬 공진 회로(120)를 승압 소자로 승압한 경우에는, 적은 전류에서의 에너지의 수수는 곤란해진다. 또한, 직렬 공진 회로(120)를 통하여 에너지를 수수할 수 있으므로, 콘덴서만을 사용하는 경우보다 전압 균등화 처리의 속도를 빠르게 할 수 있어, 리액터만을 사용하는 경우보다 셀 단락의 방지 능력이 높다. 즉, 본 실시 형태의 축전 장치(100)에 따르면, 셀(110)에의 부담이 적고, 효율적이고 안전한 전압 균등화 처리, 즉 액티브 셀 밸런스 처리가 가능하게 된다.
<2. 제1 실시 형태의 제1 변형예>
도 2는, 본 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치(100)의 구성을 모식적으로 도시하는 전체도이다. 본 변형예의 축전 장치(100)는, 도 1의 축전 장치(100)에 비해, 셀의 배치 형태 및 축전 제어 장치(130)에 의해 형성되는 셀과 직렬 공진 회로(120)의 접속 상태가 상이하다. 이하, 상이점을 상세하게 설명한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 본 변형예의 축전 장치(100)는, 직렬 접속된 4개의 셀(110a, 110b, 110c, 110d)을 구비한다.
도 2에는, 축전 제어 장치(130)의 제어에 의해 형성되는 셀(110a 내지 110d)과 직렬 공진 회로(120)의 접속 상태가 모식적으로 도시되어 있다. 구체적으로는, 도 2의 A에는, 2개의 셀(110a, 110b)이 직렬 공진 회로(120)에 접속된 상태가 도시되어 있다. 또한, 도 2의 A에는, 다른 2개의 셀(110c, 110d)이 직렬 공진 회로(120)로부터 절단된 상태가 도시되어 있다. 한편, 도 2의 B에는, 도 2의 A에 있어서 직렬 공진 회로(120)에 접속되어 있던 2개의 셀(110a, 110b)이 직렬 공진 회로(120)로부터 절단된 상태가 도시되어 있다. 또한, 도 2의 B에는, 도 2의 A에 있어서 직렬 공진 회로(120)로부터 절단되어 있던 2개의 셀(110c, 110d)이 직렬 공진 회로(120)에 접속된 상태가 도시되어 있다.
축전 제어 장치(130)는, 도 2의 A 및 도 2의 B에 도시하는 바와 같은 접속 상태를 선택적으로 형성함으로써, 직렬 공진 회로(120)를 통하여 셀수가 동일한 셀군간에 에너지를 수수시킨다. 그 밖의 구성 및 동작은, 도 1의 축전 장치(100)와 기본적으로 공통된다.
본 변형예에 따르면, 도 1의 축전 장치(100)와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있고, 또한, 셀군끼리 에너지를 수수시킴으로써, 전위차가 더 완화된 더 적은 전류에서의 전압 균등화 처리가 가능하게 된다. 또한, 전압 균등화 처리의 형태의 자유도를 향상시킬 수 있다.
<3. 제1 실시 형태의 제2 변형예>
도 3은, 본 실시 형태의 제2 변형예의 축전 장치(100)의 구성을 모식적으로 도시하는 전체도이다. 본 변형예의 축전 장치(100)는, 도 1 및 도 2의 축전 장치(100)에 비해, 셀의 배치 형태 및 축전 제어 장치(130)에 의해 형성되는 셀과 직렬 공진 회로(120)의 접속 상태가 상이하다. 이하, 상이점을 상세하게 설명한다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 본 변형예의 축전 장치(100)는, 직렬 접속된 3개의 셀(110a, 110b, 110c)을 구비한다.
도 3에는, 축전 제어 장치(130)에 의해 선택적으로 형성되는 셀(110a 내지 110c)과 직렬 공진 회로(120)의 접속 상태가 모식적으로 도시되어 있다. 구체적으로는, 도 3의 A에는, 2개의 셀(110a, 110b)과 직렬 공진 회로(120)가 접속되고, 다른 1개의 셀(110c)과 직렬 공진 회로(120)가 절단된 상태가 도시되어 있다. 도 3의 B에는, 도 3의 A와는 상이한 조합의 2개의 셀(110b, 110c)과 직렬 공진 회로(120)가 접속되고, 다른 1개의 셀(110a)과 직렬 공진 회로(120)가 절단된 상태가 도시되어 있다. 요컨대, 본 변형에서는 1개의 셀(110b)이, 어느 접속 상태의 경우든 직렬 공진 회로(120)에 접속된다. 이러한 경우도, 2개의 셀(110a, 110b)과, 다른 조합의 2개의 셀(110b, 110c)과 같은 동일수의 셀간에 에너지가 수수되기 때문에, 본 개시의 범위 내이다. 그 밖의 구성 및 동작은, 도 1 및 도 2의 축전 장치(100)와 기본적으로 공통된다.
본 변형예에 따르면, 도 1 및 도 2의 축전 장치(100)와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있고, 또한, 전압 균등화 처리의 형태의 자유도를 향상시킬 수 있다.
<4. 제2 실시 형태>
[장치의 구성예]
도 4는, 본 실시 형태의 축전 장치(100)의 구성예를 모식적으로 도시하는 전체도이다. 본 실시 형태의 축전 장치(100)는, 도 1의 축전 장치(100)에 비해, 축전 제어 장치(130)의 구성이 특정되어 있다. 즉, 축전 제어 장치(130)는, 적어도 1개의 셀을 포함하는 제1 셀을 직렬 공진 회로(120)에 접속시킨 후, 제1 셀과 동일수의 셀을 포함하고, 제1 셀과 비교하여 총 전압이 상대적으로 작은 제2 셀을 직렬 공진 회로(120)에 접속시키는 구성이다. 도 4와 같이, 셀(110a, 110b)의 총수가 2개인 경우에는, 제1 셀 및 제2 셀은 1개씩으로 된다.
제1 셀과 제2 셀을 직렬 공진 회로(120)에 순차 선택적으로 접속시키기 위한 구체적인 구성의 일례로서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 축전 장치(100)는 스위치(140a, 140b, 140c, 140d) 및 셀 전압 검출부(150a, 150b)를 구비한다. 축전 제어 장치(130)는, 스위치(140a 내지 140d)의 동작을 제어함으로써, 셀(110a, 110b)과 직렬 공진 회로(120)의 접속 상태를 제어하는 구성이다.
[스위치(140a 내지 140d)]
도 4에 도시하는 바와 같이, 4개의 스위치(140a 내지 140d)는, 각 셀(110a, 110b)에 각각 대응하여 설치되어 있다. 구체적으로는, 스위치(140a 내지 140d)는, 셀(110a, 110b)마다 2개씩 대응하여 배치되어 있고, 각 셀(110a, 110b)의 각각의 정극 및 부극에 1개씩 접속되는 구성으로 되어 있다.
보다 구체적으로는, 1개의 스위치(140a)는 셀(110a)의 정극에 접속된다. 다른 1개의 스위치(140b)는 셀(110a)의 부극에 접속된다. 다른 1개의 스위치(140c)는 셀(110b)의 정극에 접속된다. 남은 1개의 스위치(140d)는 셀(110b)의 부극에 접속된다.
더욱 상세하게 설명하면, 1개의 스위치(140a)는, 셀(110a)의 정극과 직렬 공진 회로(120)의 제1 단부(120a)를 접속하는 접속 라인(161) 상에 배치되어 있다. 스위치(140a)는, 축전 제어 장치(130)로부터 입력되는 스위치 제어 신호에 따라 온 상태 또는 오프 상태로 됨으로써, 접속 라인(161)을 폐로 또는 개로한다.
다른 1개의 스위치(140b)는, 셀(110a)의 부극과 직렬 공진 회로(120)의 제2 단부(120b)를 접속하는 접속 라인(162) 상에 배치되어 있다. 스위치(140b)는, 축전 제어 장치(130)로부터 입력되는 스위치 제어 신호에 따라 접속 라인(162)을 개폐한다.
다른 1개의 스위치(140c)는, 셀(110b)의 정극과 직렬 공진 회로(120)의 제1 단부(120a)를 접속하는 접속 라인(163) 상에 배치되어 있다. 접속 라인(163)은, 제1 단부(120a)를 향하는 다른 접속 라인(161)과 노드 N1에 있어서 접속되어 있다. 스위치(140c)는, 축전 제어 장치(130)로부터 입력되는 스위치 제어 신호에 따라 접속 라인(163)을 개폐한다.
남은 1개의 스위치(140d)는, 셀(110b)의 부극과 직렬 공진 회로(120)의 제2 단부(120b)를 접속하는 접속 라인(164) 상에 배치되어 있다. 접속 라인(164)은, 제2 단부(120b)를 향하는 다른 접속 라인(162)과 노드 N2에 있어서 접속되어 있다. 스위치(140d)는, 축전 제어 장치(130)로부터 입력되는 스위치 제어 신호에 따라 접속 라인(164)을 개폐한다.
이하, 각 스위치(140a 내지 140d) 중, 제1 셀의 정극에 접속되는 스위치를 제1 정극측의 스위치라고 칭하고, 제1 셀의 부극에 접속되는 스위치를 제1 부극측의 스위치라고 칭한다. 또한, 제2 셀의 정극에 접속되는 스위치를 제2 정극측의 스위치라고 칭하고, 제2 셀의 부극에 접속되는 스위치를 제2 부극측의 스위치라고 칭한다.
스위치(140a 내지 140d)의 형태는 한정되지 않고, 예를 들어 스위치(140a 내지 140d)를 반도체 소자 등에 의해 구성해도 된다. 반도체 소자는 트랜지스터 등이어도 된다. 트랜지스터는 전계 효과 트랜지스터 등이어도 된다. 전계 효과 트랜지스터는 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 등이어도 된다. 전계 효과 트랜지스터를 채용함으로써, 소비 전력을 억제할 수 있다.
[셀 전압 검출부(150a, 150b)]
도 4에 도시하는 바와 같이, 셀 전압 검출부(150a, 150b)는, 각 셀(110a, 110b)에 각각 대응하여 설치되어 있다. 각 셀 전압 검출부(150a, 150b)는, 대응하는 셀(110a, 110b)에 병렬 접속되어 있다. 각 셀 전압 검출부(150a, 150b)는, 대응하는 셀(110a, 110b)의 전압 즉 단자 전압을 검출하고, 검출 결과를 셀 전압 정보로서 축전 제어 장치(130)에 출력한다. 이때, 셀 전압 정보는, 축전 제어 장치(130)측에서 셀 전압 정보에 대응하는 셀을 특정 가능한 형태로 출력되어도 된다. 예를 들어, 셀 전압 정보는, 축전 제어 장치(130)의 셀(110a, 110b)마다의 입력 단자를 향하여 출력되거나, 셀 번호의 정보가 대응지어지거나 해도 된다.
셀 전압 검출부(150a, 150b)의 형태는 한정되지 않고, 셀(110a, 110b)의 전압을 검출 가능한 여러가지의 전자 장치를 채용할 수 있다. 전자 장치는, 집적 회로 등을 포함해도 된다.
[축전 제어 장치(130)]
도 5는, 본 실시 형태에서의 축전 제어 장치(130)의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 축전 제어 장치(130)는, 셀 전압 정보 취득부(131) 및 스위치 제어부(132)를 갖는다. 셀 전압 정보 취득부(131)는, 셀 전압 검출부(150a, 150b)로부터 출력된 셀 전압 정보를 취득한다. 스위치 제어부(132)는, 셀 전압 정보 취득부(131)가 취득한 셀 전압 정보에 따른 스위치 제어 신호를 스위치(140a 내지 140d)에 출력한다. 스위치 제어 신호의 내용은, 제1 셀을 직렬 공진 회로(120)에 접속시킨 후, 제2 셀을 직렬 공진 회로(120)에 접속시키는 것이다. 스위치 제어 신호는, 예를 들어 전계 효과 트랜지스터에 인가되는 게이트 전압 등이어도 된다. 셀 전압 정보 취득부(131) 및 스위치 제어부(132)는, 하드웨어 또는 소프트웨어 혹은 이들 양쪽에 의해 구현화해도 된다.
[장치의 동작예]
도 6은, 본 실시 형태의 축전 장치(100)의 동작예를 나타내는 흐름도이다. 도 6에 도시하는 동작예는, 본 개시에 관한 축전 제어 방법의 일 실시 형태를 포함한다.
설명의 편의상, 도 6의 초기 상태에서는, 어느 스위치(140a 내지 140d)나 오프 상태, 즉 어느 셀(110a, 110b)이나 직렬 공진 회로(120)로부터 절단된 상태라고 하자.
그리고, 초기 상태로부터, 우선, 도 6의 스텝 61(S61)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 셀 전압 정보에 기초하여 제1 셀 및 제2 셀을 결정한다. 예를 들어, 축전 제어 장치(130)는, 셀(110a)에 대응하는 셀 전압 검출부(150a)로부터의 셀 전압 정보가, 셀(110b)에 대응하는 셀 전압 검출부(150a)로부터의 셀 전압 정보보다 큰 전압을 나타내는 경우에는, 셀(110a)을 제1 셀로 결정한다. 동시에, 축전 제어 장치(130)는, 셀(110b)을 제2 셀로 결정한다.
계속해서, 스텝 62(S62)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 스텝 61(S61)에 있어서 결정된 제1 셀에 대응하는 제1 정극측의 스위치 및 제1 부극측의 스위치를 온 상태로 전환한다. 한편, 축전 제어 장치(130)는, 스텝 61(S61)에 있어서 결정된 제2 셀에 대응하는 제2 정극측의 스위치 및 제2 부극측의 스위치에 대해서는, 오프 상태로 유지한다.
이에 의해, 제1 셀만이, 제1 정극측의 스위치에 의해 폐로된 접속 라인 및 제1 부극측의 스위치에 의해 폐로된 접속 라인을 통하여 직렬 공진 회로(120)에 접속된다. 그리고, 제1 셀로부터 직렬 공진 회로(120)에 전류가 흘러, 제1 셀로부터 직렬 공진 회로(120)로 에너지가 이동된다.
계속해서, 스텝 63(S63)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 스텝 62(S62)에 있어서 온 상태로 전환된 제1 정극측의 스위치 및 제1 부극측의 스위치를 오프 상태로 전환한다.
계속해서, 스텝 64(S64)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 스텝 61(S61)에 있어서 결정된 제2 셀에 대응하는 제2 정극측의 스위치 및 제2 부극측의 스위치를 온 상태로 전환한다. 이때, 축전 제어 장치(130)는, 제1 정극측의 스위치 및 제1 부극측의 스위치에 대해서는, 오프 상태로 유지한다.
이에 의해, 제2 셀만이, 제2 정극측의 스위치에 의해 폐로된 접속 라인 및 제2 부극측의 스위치에 의해 폐로된 접속 라인을 통하여 직렬 공진 회로(120)에 접속된다. 그리고, 직렬 공진 회로(120)로부터 제2 셀로 전류가 흘러, 스텝 62(S62)에 있어서 직렬 공진 회로(120)로 이동된 에너지가, 직렬 공진 회로(120)로부터 제2 셀로 이동된다.
계속해서, 스텝 65(S65)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 스텝 64(S64)에 있어서 온 상태로 전환된 제2 정극측의 스위치 및 제2 부극측의 스위치를 오프 상태로 전환한다. 그 후에는 전압 균등화 처리를 종료하거나, 또는, 필요에 따라 스텝 62(S62) 혹은 스텝 64(S64)로 복귀한다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 축전 장치(100)에 따르면, 제1 셀이 직렬 공진 회로(120)로 에너지를 넘긴 후, 제2 셀이 직렬 공진 회로(120)로부터 에너지를 수취할 수 있으므로, 간편하면서 적절한 전압 균등화 처리가 가능하게 된다. 또한, 스위치(140a 내지 140d)를 포함하는 간이한 구성에 의해 셀(110a, 110b)과 직렬 공진 회로(120)의 접속 상태를 제어할 수 있다.
<5. 제2 실시 형태의 제1 변형예>
[장치의 구성예]
도 7은, 본 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치(100)의 구성을 모식적으로 도시하는 전체도이다. 본 변형예의 축전 장치(100)는, 도 4의 축전 장치(100)에 비해, 셀의 배치 형태 및 축전 제어 장치(130)에 의해 형성되는 셀과 직렬 공진 회로(120)의 접속 상태가 상이하다. 이하, 상이점을 상세하게 설명한다.
본 변형예에 있어서, 축전 제어 장치(130)는, 복수의 셀을 포함하는 제1 셀을 직렬 공진 회로(120)에 접속시킨 후, 제1 셀과 동일수의 복수의 셀을 포함하는 제2 셀을 직렬 공진 회로(120)에 접속시키는 구성이다. 또한, 축전 제어 장치(130)는, 연속되는 복수의 셀을 제1 셀로 선택하고, 제1 셀과 동일수의 연속되는 복수의 셀을 제2 셀로 선택하는 구성이다. 또한, 축전 제어 장치(130)는, 직렬 접속된 복수의 셀 중 전압이 최대인 셀을 제1 셀에 포함시키고, 전압이 최소인 셀을 제2 셀에 포함시키는 구성이다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 본 변형예의 축전 장치(100)는, 도 4의 구성에 비해, 2개의 셀(110c, 110d) 및 각 셀(110c, 110d)에 각각 대응하는 2개의 셀 전압 검출부(150c, 150d)가 추가되어 있다. 또한, 본 변형예에서는 4개의 스위치(140e, 140f, 140g, 140h) 및 4개의 접속 라인(165, 166, 167, 168)이 더 추가되어 있다. 추가된 구성의 구체적인 배치는 이하와 같다.
셀(110c)의 부극은 셀(110d)의 정극에 접속되어 있다. 셀(110c)의 정극은 셀(110b)의 부극에 접속되어 있다. 즉, 본 변형예에서는 4개의 셀(110a 내지 110d)이 셀 전체의 정극 단자(P)로부터 부극 단자(N)를 향하여 도면 부호 110a, 110b, 110c, 110d라고 하는 순서로 직렬 접속되어 있다.
셀 전압 검출부(150c, 150d)는, 대응하는 셀(110c, 110d)에 병렬 접속되어 있다. 셀 전압 검출부(150c, 150d)는, 대응하는 셀(110c, 110d)의 전압을 검출하여, 검출 결과를 셀 전압 정보로서 축전 제어 장치(130)에 출력한다.
스위치(140e)는, 정극 단자(P)부터 세어 3번째 셀(110c)의 정극과 직렬 공진 회로(120)의 제1 단부(120a)를 접속하는 접속 라인(165) 상에 배치되어 있다. 접속 라인(165)은, 2번째 셀(110b)의 정극으로부터 직렬 공진 회로(120)의 제1 단부(120a)를 향하는 다른 접속 라인(163)과, 노드 N3에 있어서 접속되어 있다. 스위치(140e)는, 축전 제어 장치(130)로부터 입력되는 스위치 제어 신호에 따라 접속 라인(165)을 개폐한다.
스위치(140f)는, 3번째 셀(110c)의 부극과 직렬 공진 회로(120)의 제2 단부(120b)를 접속하는 접속 라인(166) 상에 배치되어 있다. 접속 라인(166)은, 4번째 셀(110d)의 부극으로부터 직렬 공진 회로(120)의 제2 단부(120b)를 향하는 다른 접속 라인(168)과, 노드 N4에 있어서 접속되어 있다. 또한, 접속 라인(166)은, 2번째 셀(110b)의 부극으로부터 직렬 공진 회로(120)의 제2 단부(120b)를 향하는 다른 접속 라인(164)과, 노드 N5에 있어서 접속되어 있다. 스위치(140f)는, 축전 제어 장치(130)로부터 입력되는 스위치 제어 신호에 따라 접속 라인(166)을 개폐한다.
스위치(140g)는, 4번째 셀(110d)의 정극과 직렬 공진 회로(120)의 제1 단부(120a)를 접속하는 접속 라인(167) 상에 배치되어 있다. 접속 라인(167)은, 3번째 셀의 정극으로부터 직렬 공진 회로(120)의 제1 단부(120a)를 향하는 다른 접속 라인(165)과, 노드 N6에 있어서 접속되어 있다. 스위치(140g)는, 축전 제어 장치(130)로부터 입력되는 스위치 제어 신호에 따라 접속 라인(167)을 개폐한다.
스위치(140h)는, 4번째 셀(110d)의 부극과 직렬 공진 회로(120)의 제2 단부(120b)를 접속하는 접속 라인(168) 상에 배치되어 있다. 스위치(140h)는, 축전 제어 장치(130)로부터 입력되는 스위치 제어 신호에 따라 접속 라인(168)을 개폐한다.
[장치의 동작예]
본 변형예의 동작예를, 도 7을 참조하여 설명한다. 이하의 동작예는, 본 개시에 관한 축전 제어 방법의 일 실시 형태를 포함한다.
설명의 편의상, 초기 상태에 있어서, 축전 제어 장치(130)는, 1번째 셀(110a)의 전압이 최대, 3번째 셀(110c)의 전압이 최소인 것을 검지하였다고 하자. 또한, 스위치(140a 내지 140h)는 모두 오프 상태로 되어 있다고 하자.
그리고, 초기 상태로부터, 우선, 축전 제어 장치(130)는, 1번째 셀(110a) 및 이것에 연속되는 2번째 셀(110b)을 제1 셀로 결정한다. 동시에, 축전 제어 장치(130)는, 3번째 셀(110c) 및 이것에 연속되는 4번째 셀(110d)을 제2 셀로 결정한다.
계속해서, 축전 제어 장치(130)는, 1번째 셀(110a)의 정극에 대응하는 스위치(140a), 즉 제1 정극측의 스위치를 온 상태로 전환한다. 동시에, 축전 제어 장치(130)는, 2번째 셀(110b)의 부극에 대응하는 스위치(140d), 즉 제1 부극측의 스위치를 온 상태로 전환한다. 이 전환에 의해, 1번째 셀(110a)의 정극이 직렬 공진 회로(120)의 제1 단부(120a)에 접속되고, 2번째 셀(110b)의 부극이 직렬 공진 회로(120)의 제2 단부(120b)에 접속된다. 이에 의해, 연속, 즉 인접하는 2개의 셀(110a, 110b)을 포함하는 제1 셀로부터, 직렬 공진 회로(120)를 향하여 에너지가 이동된다.
계속해서, 축전 제어 장치(130)는 스위치(140a, 140d)를 오프 상태로 전환한다. 이때, 직렬 공진 회로(120)로 이동된 에너지는 직렬 공진 회로(120)에 유지된다.
계속해서, 축전 제어 장치(130)는, 3번째 셀(110c)의 정극에 대응하는 스위치(140e), 즉 제2 정극측의 스위치를 온 상태로 전환한다. 동시에, 축전 제어 장치(130)는, 4번째 셀(110d)의 부극에 대응하는 스위치(140h), 즉 제2 부극측의 스위치를 온 상태로 전환한다. 이 전환에 의해, 3번째 셀(110c)의 정극이 직렬 공진 회로(120)의 제1 단부(120a)에 접속되고, 4번째 셀(110d)의 부극이 직렬 공진 회로(120)의 제2 단부(120b)에 접속된다. 이에 의해, 연속되는 2개의 셀(110c, 110d)을 포함하는 제2 셀을 향하여, 직렬 공진 회로(120)로부터 에너지가 이동된다.
이와 같이 하여, 셀수가 동일한 셀군간에, 직렬 공진 회로(120)를 통하여 에너지가 수수된다. 단, 도 7의 구성에 있어서, 1개의 셀과 다른 1개의 셀의 사이에서 에너지가 수수되는 것도, 본 개시의 범위 내이다.
본 변형예에 따르면, 최대 전압의 셀을 제1 셀로 선택하고, 최소 전압의 셀을 제2 셀로 선택하여 효율적인 에너지의 수수를 실현하면서도, 제1 셀, 제2 셀을 셀군으로 함으로써, 급전측의 셀과 수전측의 셀의 전위차를 더 유효하게 완화할 수 있다. 또한, 인접하는 셀끼리를 제1 또는 제2 셀로 선택하는 구성으로 함으로써, 인접하지 않는 셀끼리를 제1 또는 제2 셀로 선택하는 구성으로 하는 경우와 비교하여, 배선을 간소화할 수 있다.
<6. 제3 실시 형태>
[장치의 구성예]
도 8은, 본 실시 형태의 축전 장치(100)의 구성예를 모식적으로 도시하는 전체도이다. 본 실시 형태의 축전 장치(100)는, 도 4의 축전 장치(100)에 비해, 셀과 직렬 공진 회로(120)의 접속의 전환 타이밍이 특정되어 있다. 이하, 상세하게 설명한다.
본 실시 형태에 있어서, 축전 제어 장치(130)는, 제1 셀이 직렬 공진 회로(120)에 접속된 후에 직렬 공진 회로(120)에 흐르는 전류가 0A로 된 경우, 제1 셀을 직렬 공진 회로(120)로부터 절단시키는 구성이다. 또한, 축전 제어 장치(130)는, 제2 셀이 직렬 공진 회로(120)에 접속된 후에 직렬 공진 회로(120)에 흐르는 전류가 0A로 된 경우, 제2 셀을 직렬 공진 회로(120)로부터 절단시키는 구성이다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 축전 장치(100)는, 노드 N1과 직렬 공진 회로(120)의 제1 단부(120a)의 사이에, 공진 전류 검출부(170)를 갖고 있다. 공진 전류 검출부(170)는, 직렬 공진 회로(120)에 흐르는 공진 전류를 검출하고, 검출 결과를 전류값 정보로서 축전 제어 장치(130)에 출력한다.
[축전 제어 장치(130)]
도 9에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 축전 제어 장치(130)는, 도 5의 축전 제어 장치(130)에 비해, 전류값 정보 취득부(133)가 추가되어 있다. 전류값 정보 취득부(133)는, 공진 전류 검출부(170)로부터 출력된 전류값 정보를 취득한다. 스위치 제어부(132)는, 셀 전압 정보 취득부(131)가 취득한 셀 전압 정보 및 전류값 정보 취득부(133)가 취득한 전류값 정보에 따른 스위치 제어 신호를 스위치(140a 내지 140d)에 출력한다. 스위치 제어 신호의 내용은, 직렬 공진 회로(120)에 흐르는 전류값이 0A로 된 경우에, 그 시점에서 직렬 공진 회로(120)에 접속되어 있는 셀을 직렬 공진 회로(120)로부터 절단시키는 것이다. 전류값 정보 취득부(133)는, 하드웨어 또는 소프트웨어 혹은 이들 양쪽에 의해 구현화해도 된다.
[장치의 동작예]
본 실시 형태의 축전 장치(100)의 동작은, 도 10에 도시하는 축전 장치(100)의 등가 회로의 동작으로서 설명할 수 있다. 도 10에서는, 제1 셀(Cell1)에 대응하는 제1 정극측의 스위치와 제1 부극측의 스위치가, 1개의 스위치(SW1)로서 표현되어 있다. 또한, 도 10에서는, 제2 셀(Cell2)에 대응하는 제2 정극측의 스위치와 제2 부극측의 스위치가, 1개의 스위치(SW2)로서 표현되어 있다. 공진 전류 검출부(170)는, 제1 셀이 직렬 공진 회로(120)에 접속된 상태, 즉 스위치(SW1)의 온 상태에 있어서, 제1 셀로부터 직렬 공진 회로(120)를 향하는 공진 전류 i를 검출한다. 또한, 공진 전류 검출부(170)는, 제2 셀이 직렬 공진 회로(120)에 접속된 상태, 즉 스위치(SW2)의 온 상태에 있어서, 직렬 공진 회로(120)로부터 제2 셀을 향하는 공진 전류 i를 검출한다.
[타임차트]
도 11은, 도 10의 등가 회로의 타임차트이다.
도 11의 타임차트에는, 공진 전류 i(도 11의 A 참조)가 0A로 되는 시각 t1로부터의 동작이 도시되어 있다. 시각 t1은, 동작 개시 시각이어도 된다. 시각 t1에서는, 공진 전류 검출부(170)에 의해 0A가 검출되고, 축전 제어 장치(130)가, 공진 전류 검출부(170)의 검출 결과에 기초하여, 도 11의 C에 도시하는 바와 같이 스위치(SW1)를 온 상태로 전환한다. 시각 t1이 동작 개시 시각인 경우에는, 시각 t1에서는, 제1 셀 및 제2 셀의 결정을 계기로 한 스위치(SW1)의 전환이 행해져도 된다.
스위치(SW1)가 온 상태로 전환됨으로써, 도 10 중의 단자 전압 Vin[V]은 제1 셀의 전압 E1[V]로 되고, 제1 셀로부터 직렬 공진 회로(120)를 향하는 정방향으로 공진 전류 i가 흐른다. 이에 의해, 제1 셀로부터 직렬 공진 회로(120)로의 방전이 행해진다. 정방향의 공진 전류 i의 진폭은, 정현파적으로 시간 변화하고, 정의 피크값 ipp(도 11의 A 참조)에 도달한 후, 시각 t2에 있어서 0A로 된다. 이때, 공진 전류 검출부(170)에 의해 0A가 검출됨으로써, 축전 제어 장치(130)가, 스위치(SW1)를 오프 상태로 전환하면서 스위치(SW2)를 온 상태로 전환한다.
스위치(SW2)가 온 상태로 전환됨으로써, 단자 전압 Vin[V]은 제2 셀의 전압 E2[V]로 되고, 방향을 역전시킨 공진 전류 i가 직렬 공진 회로(120)로부터 제2 셀로 유입된다. 이에 의해, 직렬 공진 회로(120)로부터 제2 셀로의 충전이 행해진다. 역방향의 공진 전류 i의 진폭은, 정현파적으로 시간 변화하고, 부의 피크값 ipn(도 11의 A 참조)에 도달한 후, 시각 t3에 있어서 0A로 된다. 이때, 공진 전류 검출부(170)에 의해 다시 0A가 검출됨으로써, 축전 제어 장치(130)가, 스위치(SW2)를 오프 상태로 전환하면서, 필요에 따라 스위치(SW1)를 온 상태로 전환한다.
이러한 1 주기분의 동작을 필요에 따라 반복함으로써, 제1 셀과 제2 셀의 사이에서의 직렬 공진 회로(120)를 통한 에너지의 수수가 행해져, 양쪽 셀의 전압이 균등화된다.
본 실시 형태에 따르면, 스위치의 개폐에 수반하는 전력의 손실을 억제할 수 있으므로, 동일수의 셀간에 에너지를 효율적으로 수수할 수 있다.
<7. 제3 실시 형태의 제1 변형예>
[장치의 구성예]
본 변형예의 축전 장치(100)는, 도 8의 축전 장치(100)에 비해, 셀과 직렬 공진 회로(120)의 접속을 전환하기 위한 구성이 상이하다. 이하, 상세하게 설명한다.
본 변형예의 축전 제어 장치(130)는, 제1 셀이 직렬 공진 회로(120)에 접속된 후에 직렬 공진 회로(120)에 흐르는 전류의 방향이 변화한 경우, 제1 셀을 직렬 공진 회로(120)로부터 절단시키는 구성이다. 또한, 축전 제어 장치(130)는, 제2 셀이 직렬 공진 회로(120)에 접속된 후에 직렬 공진 회로(120)에 흐르는 전류의 방향이 변화한 경우, 제2 셀을 직렬 공진 회로(120)로부터 절단시키는 구성이다.
도 12는, 본 변형예의 축전 장치(100)에 구비된 공진 전류 방향 검출부(180)의 구성예를 도시하는 회로도이다. 공진 전류 방향 검출부(180)는, 크게 나누어 홀 소자(181), 제1, 제2 비교기(182, 183), 제1, 제2 AND 회로(184, 185), 제1, 제2 D형 플립플롭(186, 187) 및 제1, 제2 NOT 회로(188, 189)에 의해 구성되어 있다.
홀 소자(181)는, 제1 비교기(182)의 비반전 입력 단자(+) 및 제2 비교기(183)의 반전 입력 단자(-)에 접속되어 있다. 제1 비교기(182)의 반전 입력 단자(-) 및 제2 비교기(183)의 비반전 입력 단자(+)는 접지되어 있다. 제1 비교기(182)의 출력 단자는, 제1 D형 플립플롭(186)의 입력 단자(D) 및 제1 AND 회로(184)의 입력 단자에 접속되어 있다. 제2 비교기(183)의 출력 단자는, 제2 D형 플립플롭(187)의 입력 단자(D) 및 제2 AND 회로(185)의 입력 단자에 접속되어 있다. 제1 D형 플립플롭(186)의 출력 단자(Q)는, 제1 NOT 회로(188)의 입력 단자에 접속되어 있다. 제2 D형 플립플롭(187)의 출력 단자(Q)는, 제2 NOT 회로(189)의 입력 단자에 접속되어 있다. 제1 NOT 회로(188)의 출력 단자는, 제1 AND 회로(184)의 입력 단자에 접속되어 있다. 제2 NOT 회로(189)의 출력 단자는, 제2 AND 회로(185)의 입력 단자에 접속되어 있다. 제1 및 제2 D형 플립플롭(186, 187)은, 공진 전류의 공진 주파수보다 충분히 높은 주파수의 클럭 신호 CK가 입력되는 구성이다.
공진 전류 방향 검출부(180)의 동작예를, 도 13의 타임차트를 참조하여 설명한다.
우선, 시각 t1에서는, 도 13의 A에 도시하는 바와 같이, 공진 전류 i, 즉 공진 전류의 방향이, 역방향 즉 직렬 공진 회로(120)로부터 셀을 향하는 방향으로부터, 정방향 즉 셀로부터 직렬 공진 회로(120)를 향하는 방향으로 전환된다. 바꾸어 말하면, 시각 t1에서는, 공진 전류 i의 값이 부로부터 정으로 전환된다.
이에 의해, 제1 비교기(182)는, 홀 소자(181)로부터 정방향의 공진 전류 i에 대응하는 전기 신호가 입력됨으로써, 비반전 입력 단자(+)의 값이 반전 입력 단자(-)의 값보다 높아진다. 이 결과, 도 13의 B에 도시하는 바와 같이, 시각 t1에서는, 제1 비교기(182)의 출력이 「High」(동일 도면에서의 H), 즉 「1」로 된다.
한편, 제2 비교기(183)는, 홀 소자(181)로부터 정방향의 공진 전류 i에 대응하는 전기 신호가 입력됨으로써, 비반전 입력 단자(+)의 값이 반전 입력 단자(-)의 값보다 낮아진다. 이에 의해, 도 13의 C에 도시하는 바와 같이, 시각 t1에서는, 제2 비교기(183)의 출력이 「Low」(동일 도면에서의 L), 즉 「0」으로 된다.
제1 D형 플립플롭(186)은, 제1 비교기(182)로부터의 출력 「High」가 D 단자에 입력되기는 하지만, 클럭 신호의 입력값이 「Low」(도시하지 않음)임으로써, 전 스테이트에서의 제1 D형 플립플롭(186)의 출력 Q를 유지한다. 이에 의해, 도 13의 D에 도시하는 바와 같이, 시각 t1에서는, 제1 D형 플립플롭(186)(제1 D형 FF)의 출력은 「Low」로 된다.
한편, 제2 D형 플립플롭(187)은, 제2 비교기(183)로부터의 출력 「Low」가 D 단자에 입력되기는 하지만, 클럭 신호의 입력값이 「Low」(도시하지 않음)임으로써, 전 스테이트에서의 제2 D형 플립플롭(187)의 출력 Q를 유지한다. 이에 의해, 도 13의 E에 도시하는 바와 같이, 시각 t1에서는, 제2 D형 플립플롭(187)(제2 D형 FF)의 출력은 「High」로 된다.
제1 AND 회로(184)에는, 제1 비교기(182)의 출력 「High」와, 제1 D형 플립플롭(186)의 출력을 부정한 제1 NOT 회로(188)의 출력 「High」가 입력된다. 이에 의해, 도 13의 F에 도시하는 바와 같이, 시각 t1에서는, 제1 AND 회로(184)의 출력, 즉 논리곱은 「High」로 된다.
한편, 제2 AND 회로(185)에는, 제2 비교기(183)의 출력 「Low」와, 제2 D형 플립플롭(187)의 출력을 부정한 제2 NOT 회로(189)의 출력 「Low」가 입력된다. 이에 의해, 도 13의 G에 도시하는 바와 같이, 시각 t1에서는, 제2 AND 회로(185)의 출력은 「Low」로 된다.
이상과 같이, 공진 전류 방향 검출부(180)에 따르면, 시각 t1에서의 전류의 방향이 정방향인 것이, 제1 AND 회로(184)의 출력 「High」 및 제2 AND 회로(185)의 출력 「Low」에 의해 검출된다. 그리고, 공진 전류 방향 검출부(180)는, 검출 결과를 축전 제어 장치(130)에 출력한다.
이어서, 시각 t1로부터 약간 시간이 경과한 시각 t2에서는, 제1, 제2 D형 플립플롭(186, 187)에 입력되는 클럭 신호가, 도시는 하지 않았지만, 「Low」로부터 「High」로 전환된다. 이에 의해, 도 13의 D에 도시하는 바와 같이, 제1 D형 플립플롭(186)의 출력은, D 단자의 입력값인 「High」로 전환된다. 또한, 도 13의 E에 도시하는 바와 같이, 제2 D형 플립플롭(187)의 출력은, D 단자의 입력값인 「Low」로 전환된다. 이에 의해, 시각 t2에 있어서, 제1 AND 회로(184)의 출력은 「Low」로 전환된다. 한편, 제2 AND 회로(185)의 출력은 「Low」를 유지한다.
이어서, 시각 t3에서는, 공진 전류 i의 방향이 정방향으로부터 역방향으로 전환된다. 공진 전류 방향 검출부(180)의 동작은, 시각 t1일 때와 「High」, 「Low」가 역전된다. 즉, 시각 t3에서는, 전류의 방향이 역방향인 것이, 제1 AND 회로(184)의 출력 「Low」 및 제2 AND 회로(185)의 출력 「High」에 의해 검출된다.
또한, 공진 전류 방향 검출부(180)는, 도 12에 도시한 구성에 한정되지 않는다.
[장치의 동작예]
도 14는, 본 실시 형태의 축전 장치(100)의 동작예를 나타내는 흐름도이다. 도 14에 도시하는 동작예는, 본 개시에 관한 축전 제어 방법의 일 실시 형태를 포함한다.
도 14의 동작예는, 도 6에 비해, 이하의 점이 상이하다. 즉, 도 14에서는, 스텝 62(S62)와 스텝 63(S63)의 사이에 스텝 141(S141)과 스텝 142(S142)를 실행한다. 또한, 도 14에서는, 스텝 64(S64) 후에, 스텝 143(S143) 내지 스텝 146(S146)을 실행한다.
구체적으로는, 스텝 141(S141)에서는, 공진 전류 방향 검출부(180)에 의해 공진 전류 i의 방향을 검출한다.
스텝 142(S142)에서는, 축전 제어 장치(130)에 의해, 스텝 141(S141)의 검출 결과에 기초하여 i≤0인지 여부, 즉 공진 전류 i의 방향이 변화했는지 여부를 판정한다. 그리고, 스텝 142(S142)에 있어서 긍정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 63(S63)으로 진행하고, 부정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 141(S141)로 복귀한다.
스텝 143(S143)에서는, 공진 전류 방향 검출부(180)에 의해 공진 전류 i의 방향을 검출한다.
스텝 144(S144)에서는, 축전 제어 장치(130)에 의해, 스텝 143(S143)의 검출 결과에 기초하여 i≥0인지 여부, 즉 공진 전류 i의 방향이 변화했는지 여부를 판정한다. 그리고, 스텝 144(S144)에 있어서 긍정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 145(S145)로 진행하고, 부정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 143(S143)으로 복귀한다.
스텝 145(S145)에서는, 축전 제어 장치(130)에 의해 전압 균등화 처리를 종료해야 할지 여부를 판정한다. 이 판정은, 예를 들어 축전 제어 장치(130)에 대한 외부 제어 신호의 입력 유무나, 제1 셀과 제2 셀의 전압차가 규정값 이내로 되었는지 여부 등에 기초하여도 된다. 그리고, 스텝 145(S145)에 있어서 긍정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 65(S65)로 진행하고, 부정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 146(S146)으로 진행한다.
스텝 146(S146)에서는, 축전 제어 장치(130)에 의해, 제2 정극측의 스위치 및 제2 부극측의 스위치를 오프 상태로 전환하여, 스텝 62(S62)로 진행한다.
전압 균등화 처리를 필요에 따라 복수회, 즉 복수 주기분 반복하는 경우, 각회의 각각에 있어서 동일수 셀간에서의 에너지 수수가 이루어지면, 상이한 회끼리의 사이에서 에너지 수수가 이루어지는 셀수가 상이한 경우도, 본 개시의 범위 내이다.
본 변형예의 축전 장치(100)에 따르면, 제1 셀 또는 제2 셀과 직렬 공진 회로(120)의 사이에서의 에너지 이동이 완료되었다고 간주할 수 있는 타이밍을, 전류의 방향의 변화와 같은 간편한 방법으로 검지하여, 셀을 직렬 공진 회로(120)로부터 절단할 수 있다. 이에 의해, 더 신속하면서 저비용의 전압 균등화 처리가 가능하게 된다. 또한, 공진 전류 방향 검출부(180)에 의해, 공진 전류의 방향을 신속하면서 정확하게 검출할 수 있다.
<8. 제4 실시 형태>
[장치의 구성예]
본 실시 형태의 축전 장치(100)는, 도 8 및 도 12의 축전 장치(100)에 비해, 셀과 직렬 공진 회로(120)의 접속의 전환 타이밍이 상이하다. 이하, 상세하게 설명한다.
본 실시 형태의 축전 제어 장치(130)는, 제2 셀이 직렬 공진 회로(120)로부터 절단된 후, 설정된 기간(이하, 대기 기간이라고 칭함), 어느 셀도 직렬 공진 회로(120)로부터 절단된 상태를 유지하는 구성이다. 또한, 축전 제어 장치(130)는, 대기 기간 중에, 셀의 전압에 기초하여 에너지의 수수, 즉 전압 균등화 처리를 종료해야 할지 여부를 판정하는 구성이다.
대기 기간의 형태는 한정되지 않고, 셀의 전압 측정 및 전압 균등화 처리의 옳고그름의 판정에 적합한 시간이 축전 제어 장치(130)에 설정되어도 된다. 대기 기간은 변경 가능이어도 된다.
[장치의 동작예]
[타임차트]
도 15는, 본 실시 형태의 축전 장치(100)의 동작예를, 도 11과 마찬가지의 타임차트로서 도시하는 도면이다.
도 15의 타임차트에서는, 시각 t3에 있어서 스위치(SW2)를 오프로 전환한 후, 대기 기간 T가 경과한 시각 t4에 있어서 스위치(SW1)를 온으로 전환한다. 대기 기간 T 중에는, 축전 제어 장치(130)가, 셀 전압의 검출 결과에 기초하여 전압 균등화 처리를 종료해야 할지 여부를 판정한다. 대기 기간 T에서는, 공진 전류 i가 0A로 되어 있기 때문에, 대기 기간 T에 측정된 셀 전압은, 셀의 내부 임피던스의 영향을 받지 않는 정확한 값으로 된다. 이러한 정확한 셀 전압에 기초하여 전압 균등화 처리의 종료의 옳고그름을 판정하면, 적절한 판정 결과를 얻을 수 있다. 또한, 축전 제어 장치(130)는, 대기 기간 T 중에 전압 균등화 처리를 종료해야 한다고 판정한 경우에는, 시각 t4에 있어서 스위치(SW1)를 온으로 전환하지 않는다.
[흐름도]
도 16은, 본 실시 형태의 축전 장치(100)의 동작예를 흐름도로서 도시하는 도면이다. 도 16의 흐름도는, 도 14의 흐름도에 비해, 스텝 144(S144) 후의 처리가 상이하다. 구체적으로는, 도 16에서는, 스텝 144(S144)에 있어서 긍정적인 판정 결과가 얻어진 후, 스텝 65(S65), 스텝 161(S161) 및 스텝 162(S162)를 순차적으로 실행한다.
구체적으로는, 스텝 161(S161)에서는, 축전 제어 장치(130)에 의해, 직렬 공진 회로(120)로의 제1 셀의 다음 접속을 대기 기간 기다려, 이 대기 기간 중에 셀 전압을 측정한다. 셀 전압은, 도 4에 도시한 셀 전압 검출부(150a, 150b)에 측정시켜도 된다.
스텝 162(S162)에서는, 축전 제어 장치(130)에 의해, 스텝 161(S161)에서의 셀 전압의 측정 결과에 기초하여 전압 균등화 처리를 종료해야 할지 여부를 판정한다. 그리고, 스텝 162(S162)에 있어서 긍정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 처리를 종료하고, 부정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 62(S62)로 진행한다.
본 실시 형태에 따르면, 대기 기간 중에 측정된 정확한 셀 전압에 기초하여 전압 균등화 처리의 종료의 옳고그름을 적절하게 판정할 수 있고, 나아가, 전압 균등화 처리를 더 적합화할 수 있다.
<9. 제4 실시 형태의 제1 변형예>
[장치의 구성예]
본 실시 형태의 축전 장치(100)는, 도 15 및 도 16에 도시한 축전 장치(100)에 비해, 셀과 직렬 공진 회로(120)의 접속의 전환 타이밍이 상이하다. 이하, 상세하게 설명한다.
본 실시 형태의 축전 제어 장치(130)는, 제1 셀이 직렬 공진 회로(120)로부터 절단된 후에도, 대기 기간, 어느 셀도 직렬 공진 회로(120)로부터 절단된 상태를 유지하고, 대기 기간 중에, 전압 균등화 처리의 종료의 옳고그름을 판정하는 구성이다. 이 대기 기간도, 축전 제어 장치(130)에 대하여 변경 가능하게 설정되어도 된다.
[장치의 동작예]
[타임차트]
도 17은, 본 실시 형태의 축전 장치(100)의 동작예를 나타내는 타임차트이다. 도 17의 타임차트에서는, 시각 t2에 있어서 스위치(SW1)를 오프로 전환한 후, 제2 대기 기간 T2가 경과한 시각 t3에 있어서 스위치(SW2)를 온으로 전환한다. 또한, 도 17의 타임차트에서는, 시각 t4에 있어서 스위치(SW2)를 오프로 전환한 후, 제1 대기 기간 T1이 경과한 시각 t5에 있어서 스위치(SW1)를 온으로 전환한다. 대기 기간 T1, T2 중에는, 축전 제어 장치(130)가, 셀 전압의 검출 결과에 기초하여 전압 균등화 처리를 종료해야 할지 여부를 판정한다. 대기 기간 T1, T2는, 서로 동일해도 되고, 또는 서로 상이해도 된다.
[흐름도]
도 18은, 본 실시 형태의 축전 장치(100)의 동작예를 나타내는 흐름도이다. 도 18의 흐름도는, 도 16의 흐름도에 비해, 스텝 63(S63)과 스텝 64(S64)의 사이에 스텝 181(S181)과 스텝 182(S182)를 실행하는 점에서 상이하다.
구체적으로는, 스텝 181(S181)에서는, 축전 제어 장치(130)에 의해, 직렬 공진 회로(120)로의 제2 셀의 접속을 제2 대기 기간 기다려, 이 제2 대기 기간 중에 셀 전압을 측정한다.
스텝 182(S182)에서는, 축전 제어 장치(130)에 의해, 스텝 181(S181)에서의 셀 전압의 측정 결과에 기초하여 전압 균등화 처리를 종료해야 할지 여부를 판정한다. 그리고, 스텝 182(S182)에 있어서 긍정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 처리를 종료하고, 부정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 64(S64)로 진행한다.
본 변형예의 축전 장치(100)에 따르면, 전압 균등화 처리의 종료의 옳고그름을 정확하게 판정하는 기회를 늘릴 수 있다.
<10. 제5 실시 형태>
[장치의 구성예]
도 19는, 본 실시 형태의 축전 장치(100)에서의 직렬 공진 회로(120)의 구성예를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태에서의 직렬 공진 회로(120)는, 제1 내지 제4 실시 형태의 직렬 공진 회로(120)에 비해, 리액터(121) 및 콘덴서(122) 외에 저항(123)을 갖는 점이 상이하다. 즉, 본 실시 형태에서의 직렬 공진 회로(120)는, RLC 직렬 공진 회로이다.
[장치의 동작예]
본 실시 형태의 축전 장치(100)의 동작예는, 도 20에 도시하는 축전 장치(100)의 등가 회로의 동작예로서 설명할 수 있다.
도 20의 등가 회로에 있어서, 제1 셀(Cell1) 및 제2 셀(Cell2)에 흐르는 공진 전류 i의 피크값 Ipeak[A]는, 다음 식 (1)에 나타내는 값으로 된다.
Ipeak=(E1-E2)/(2×R) (1)
단, 식 (1)에 있어서, E1은 제1 셀의 전압[V]이다. E2는 제2 셀의 전압[V]이다. R은 저항(123)의 값[Ω]이다.
식 (1)에 나타내는 바와 같이, 피크값 Ipeak는 저항(123)의 값에 따라 상이하며, 저항값이 클수록 작은 피크값 Ipeak가 얻어진다.
공진 전류 i[A]는, 다음 식 (2)에 나타내는 값으로 된다.
i={(E1-E2)/(2×R)}×sinω0t (2)
단, 식 (2)에 있어서, ω0은, 다음 식 (3)으로 표시되는 공진 각주파수[rad/s]이다.
ω0=1/(L×C)1/2 (3)
단, 식 (3)에 있어서, L은 리액터(121)의 자기 인덕턴스[H]이고, C는 콘덴서(122)의 정전 용량[F]이다.
또한, 식 (3)으로부터, 공진 주파수 f0은 ω0/2π로 된다.
식 (2)에서는, 전반의 반주기, 즉 ω0t가 0 내지 π[rad]인 기간에 있어서, 제1 셀로부터 직렬 공진 회로(120)로 방전이 행해진다. 한편, 후반의 반주기, 즉 ω0t가 π 내지 2π[rad]인 기간에 있어서는, 직렬 공진 회로(120)로부터 제2 셀로의 충전이 행해진다. 전반의 반주기에서의 평균 방전 전류 Icha[A] 및 후반의 반주기에서의 평균 충전 전류 Idis[A]는, 식 (2)를 공진 주파수의 반주기씩 적분하여 평균함으로써 구할 수 있다. 구체적으로는, 평균 방전 전류 Icha 및 평균 충전 전류 Idis는, 다음 식 (4)에 나타내는 값으로 된다.
Icha=Idis=(E1-E2)/(π×R) (4)
i가 0A로 된 타이밍 혹은 i의 방향 변화의 타이밍에 셀과 직렬 공진 회로(120)의 접속을 전환하면, 제1 셀로부터 제2 셀로, 식 (4)에 상당하는 전하를 공급할 수 있다.
본 실시 형태의 축전 장치(100)에 따르면, 저항(123)에 의해 피크 전류 Ipeak를 억제할 수 있으므로, 셀에의 부담을 보다 유효하게 저감시킬 수 있다.
<11. 제5 실시 형태의 제1 변형예>
도 21은, 본 변형예의 축전 장치(100)의 주요부를 도시하는 도면이다. 본 변형예의 축전 장치(100)는, 축전 제어 장치(130)가, 직렬 공진 회로(120)의 저항(123)의 양단의 전위차에 기초하여 직렬 공진 회로(120)에 흐르는 전류의 방향, 크기를 검지하는 구성이다. 저항(123)의 양단의 전위차는, 전압 검출부(190)에 의해 검출해도 된다.
본 변형예의 축전 장치(100)에 따르면, 공진 전류를 검지하기 위하여 도 8의 공진 전류 검출부(170)나 도 12의 공진 전류 방향 검출부(180)를 설치하는 경우보다, 더 비용을 저감시킬 수 있다.
<12. 제5 실시 형태의 제2 변형예>
도 22는, 본 변형예의 축전 장치(100)에서의 직렬 공진 회로(120)를 도시하는 도면이다. 도 22의 직렬 공진 회로(120)는, 도 19의 직렬 공진 회로(120)에 비해, 저항(121)이 기생 저항인 점에서 상이하다. 기생 저항은, 리액터(121), 회로 배선 및 스위치 중 적어도 하나의 기생 저항이어도 된다. 본 변형예에 따르면, 적은 부품 개수에 의해 공진 전류의 피크값을 억제할 수 있다.
<13. 제6 실시 형태>
[장치의 구성예]
본 실시 형태의 축전 장치(100)는, 제1 내지 제5 실시 형태의 축전 장치(100)에 비해, 셀과 직렬 공진 회로(120)의 접속을 전환하기 위한 구성이 상이하다. 이하, 상세하게 설명한다.
본 변형예의 축전 제어 장치(130)는, 직렬 공진 회로(120)와 셀의 접속을 직렬 공진 회로(120)의 공진 주파수로 전환하는 구성이다.
여기서, 도 11에서의 시각 t1과 시각 t2의 사이의 기간과 같이, 1개의 셀이 직렬 공진 회로(120)에 접속되고 나서, 그 1개의 셀 대신에 다른 셀이 직렬 공진 회로(120)에 접속될 때까지의 기간을 접속 전환 주기라고 정의한다. 접속 전환 주기는, 직렬 공진 회로(120)의 공진 주기의 반주기이므로, π(L×C)1 /2[s]로 된다. 본 변형예의 축전 제어 장치(130)는, 이러한 접속 전환 주기마다 직렬 공진 회로(120)와 셀의 접속을 전환하는 구성이라고 할 수도 있다.
축전 제어 장치(130)는, 공진 주파수나 접속 전환 주기 등의 정보가 기억되며, 이 기억된 정보에 기초하여 접속의 전환 타이밍을 산출하여 동작하는 구성이어도 된다.
[장치의 동작예]
도 23은, 본 실시 형태의 축전 장치(100)의 동작예를 나타내는 흐름도이다. 도 23에서는, 우선, 스텝 231(S231)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해 급전측의 셀을 직렬 공진 회로(120)에 접속시킨다.
계속해서, 스텝 232(S232)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 직렬 공진 회로(120)의 공진 주파수에 기초하는 접속의 전환 타이밍으로 되었는지 여부를 판정한다. 그리고, 스텝 232(S232)에 있어서 긍정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 233(S233)으로 진행하고, 부정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 232(S232)로 복귀한다.
계속해서, 스텝 233(S233)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해 급전측의 셀을 직렬 공진 회로(120)로부터 절단시킨다.
계속해서, 스텝 234(S234)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해 수전측의 셀을 직렬 공진 회로(120)에 접속시킨다.
계속해서, 스텝 235(S235)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 직렬 공진 회로(120)의 공진 주파수에 기초하는 접속의 전환 타이밍으로 되었는지 여부를 판정한다. 그리고, 스텝 235(S235)에 있어서 긍정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 236(S236)으로 진행하고, 부정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 235(S235)를 반복한다.
계속해서, 스텝 236(S236)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해 수전측의 셀을 직렬 공진 회로(120)로부터 절단시킨다.
계속해서, 스텝 237(S237)에 있어서, 축전 제어 장치(130)는, 전압 균등화 처리를 종료해야 하는 경우에는 처리를 종료하고, 전압 균등화 처리를 계속해야 하는 경우에는 스텝 231(S231)로 복귀한다. 전압 균등화 처리를 종료해야 할지 여부의 판단은, 스텝 237(S237) 이전에 행해도 된다.
본 실시 형태의 축전 장치(100)에 따르면, 직렬 공진 회로(120)에 흐르는 전류를 감시할 필요없이, 에너지의 수수에 적합한 타이밍에 셀의 접속을 전환할 수 있다.
<14. 제7 실시 형태>
본 실시 형태의 축전 장치(100)는, 제1 내지 제6 실시 형태의 축전 장치(100)에 비해, 직렬 공진 회로(120)의 공진 주파수가 상이하다.
구체적으로는, 본 실시 형태에서의 직렬 공진 회로(120)의 공진 주파수는, 교류 임피던스법으로 측정된 셀의 내부 임피던스의 콜-콜 플롯에서의 허수 성분이 0으로 되는 경우의 주파수이다.
여기서, 교류 임피던스법에서는, 셀에 교류를 인가하여 주파수를 변화시키면서, 주파수마다의 내부 임피던스를 측정한다. 콜-콜 플롯은, 교류 임피던스법의 측정 결과를 도시하는 방법 중 하나이다. 콜-콜 플롯에서는, 내부 임피던스의 실수 성분을 횡축에 취하고, 내부 임피던스의 허수 성분을 종축에 취한 복소 평면 상에, 교류 임피던스법으로 구해진 주파수마다의 셀의 내부 임피던스를 플롯한다.
콜-콜 플롯의 일례를 도 24에 도시한다. 도 24의 횡축은 셀의 내부 임피던스의 실부이고, 도 24의 종축은 셀의 내부 임피던스의 허수부이다. 도 24에서는, 내부 임피던스의 허수 성분이 0으로 되는 경우의 주파수가 fmin[Hz]로 되어 있다. 이 경우, fmin이 공진 주파수로 되도록 직렬 공진 회로(120)를 설계하면 된다. 구체적으로는, fmin=1/{2π×(L×C)1/ 2}을 만족하도록, 미리 리액터(121)의 자기 인덕턴스 L 및 콘덴서(122)의 정전 용량 C를 선택하면 된다. 또한, fmin은 1k[Hz] 내지 10k[Hz]여도 된다.
본 실시 형태의 축전 장치(100)에서는, 셀과 직렬 공진 회로(120)의 사이를 흐르는 전류에 있어서, 셀의 내부 임피던스는 최소로 된다. 따라서, 에너지를 효율적으로 수수할 수 있다.
<15. 제7 실시 형태의 제1 변형예>
본 변형예의 축전 장치(100)는, 도 24를 참조하여 설명한 축전 장치(100)에 비해, 직렬 공진 회로(120)의 공진 주파수의 설정 형태가 상이하다.
본 변형예의 축전 장치(100)를 설명하기 위한 콜-콜 플롯의 일례를 도 25에 모식적으로 도시한다. 도 25의 횡축 Z'는 셀의 내부 임피던스의 실부이고, 도 25의 종축 Z"는 셀의 내부 임피던스의 허수부이다. 도 25에는, 셀의 충전율의 일례로서의 SOC(State of Charge)[％]마다의 콜-콜 플롯이 도시되어 있다. 도 25의 콜-콜 플롯은, FRA(Frequency Response Analyzer)에 의한 셀의 내부 임피던스의 측정 결과에 기초하는 플롯이다. 도 25 중의 구체적인 수치는 어디까지나 일례이며, 본 개시의 범위를 전혀 한정하는 것은 아니다.
도 25에 도시하는 바와 같이, 콜-콜 플롯은 SOC에 따라 상이한 경우가 있다. 콜-콜 플롯에서의 허수 성분이 0으로 되는 경우의 주파수 fmin이 SOC에 따라 상이한 경우, fmin을 SOC마다 구하고, 구해진 SOC마다의 fmin을 종합적으로 고려하여 직류 공진 회로(120)의 공진 주파수를 설정해도 된다. 예를 들어, SOC마다의 fmin의 평균값을 구하고, 이 평균값이 공진 주파수로 되도록 직류 공진 회로(120)를 설계해도 된다.
본 변형예에 따르면, SOC의 변화를 가미한 에너지의 효율적인 수수가 가능하게 된다.
<16. 제8 실시 형태>
본 실시 형태의 축전 장치(100)는, 제1 내지 제7 실시 형태의 축전 장치(100)에 비해, 셀이 특정되어 있다.
구체적으로는, 본 실시 형태에서의 셀은, 충전율 0％ 내지 100％의 구간 중의 5할 이상에 걸치는 일련의 구간에서의 전압 변화가 0.25V 이하로 되는 방전 특성을 갖는 것이다.
이러한 방전 특성의 일례로서, 정극재가 올리빈형 인산철로 된 리튬 이온 이차 전지를 1C 방전한 경우의 방전 곡선을 도 26에 도시한다. 도 26의 방전 곡선은, 횡축이 충전율의 일례로서의 SOC[％]이고, 종축이 셀의 단자 전압[V]이다. 도 26의 방전 곡선은, 충전율 0％ 내지 100％의 구간 중의 5할 이상에 걸치는 일련의 구간에서의 전압 변화가 0.25V 이하로 되어 있다. 구체적으로는, 도 26의 방전 곡선은, 충전율 20％ 내지 90％의 구간에서의 전압 변화가 약 0.1V로 되어 있다. 도 26의 방전 곡선은, 방전 개시 직후는 내부 저항에 의한 전압 강하가 크지만, 그 후는 플랫한 특성이 계속되기 때문에, 직렬 접속으로 구성한 조전지 내에서의 전압의 변동은 작아진다. 셀은, 올리빈형 인산철을 사용한 리튬 이온 이차 전지에 한정되지 않는다.
여기서, 축전 장치(100)는, 장치 내의 온도 분포가 비교적 균일하고, 부하 전류도 자동차 등과 비교하면 변동이 적기 때문에, 셀간의 전압의 변동은 작다. 따라서, 축전 장치(100)에서는, 전압 균등화 처리에서 대전류를 사용하여 고속으로 셀간 전압의 변동을 해소하는 것보다, 적은 전류로 낭비없이 셀 밸런스를 확보하는 쪽이 바람직하다. 그리고, 본 실시 형태와 같은 방전 특성이 플랫한 셀을 적용하면, 적은 전류에서의 전압 균등화 처리의 실효성을 확보할 수 있다.
상술한 각 실시 형태 및 변형예는, 이들을 적절히 조합해도 된다.
각 실시 형태 및 변형예에 기재된 작용 효과는 어디까지나 예시이며 한정되는 것은 아니고, 다른 작용 효과가 있어도 된다. 본 개시는, 각 실시 형태 및 변형예에 기재된 복수의 작용 효과 중 어느 하나를 발휘하면 된다.
또한, 본 개시는, 이하와 같은 구성을 취할 수도 있다.
(1) 직렬 접속된 복수의 셀과,
리액터 및 콘덴서를 포함하는 직렬 공진 회로와,
상기 셀과 상기 직렬 공진 회로의 접속 상태를 제어하는 축전 제어 장치를 구비하며,
상기 축전 제어 장치는, 상기 직렬 공진 회로를 통하여 동일수의 셀간에 에너지를 수수시키는 구성의 축전 장치.
(2) 상기 축전 제어 장치는, 적어도 하나의 셀을 포함하는 제1 셀을 상기 직렬 공진 회로에 접속시킨 후, 상기 제1 셀과 동일수의 셀을 포함하고, 상기 제1 셀과 비교하여 총 전압이 상대적으로 작은 제2 셀을 상기 직렬 공진 회로에 접속시키는 구성의 (1)에 기재된 축전 장치.
(3) 상기 축전 제어 장치는, 연속되는 복수의 셀을 상기 제1 셀로 선택하고, 상기 제1 셀과 동일수의 연속되는 셀을 상기 제2 셀로 선택하는 구성의 (2)에 기재된 축전 장치.
(4) 상기 축전 제어 장치는, 상기 제1 셀이 상기 직렬 공진 회로에 접속된 후에 상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류의 방향이 변화한 경우, 상기 제1 셀을 상기 직렬 공진 회로로부터 절단시키는 구성의 (2) 또는 (3)에 기재된 축전 장치.
(5) 상기 축전 제어 장치는, 상기 제2 셀이 상기 직렬 공진 회로에 접속된 후에 상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류의 방향이 변화한 경우, 상기 제2 셀을 상기 직렬 공진 회로로부터 절단시키는 구성의 (4)에 기재된 축전 장치.
(6) 상기 축전 제어 장치는, 상기 제1 및/또는 제2 셀이 상기 직렬 공진 회로로부터 절단된 후, 설정된 기간, 어느 셀도 상기 직렬 공진 회로로부터 절단된 상태를 유지하고, 상기 설정된 기간 중에, 셀의 전압에 기초하여 에너지의 수수를 종료해야 할지 여부를 판정하는 구성의 (5)에 기재된 축전 장치.
(7) 상기 직렬 공진 회로는 저항을 포함하고,
상기 축전 제어 장치는, 상기 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류의 방향을 검지하는 구성의 (1), (4) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 축전 장치.
(8) 상기 축전 제어 장치는, 상기 직렬 공진 회로와 상기 셀의 접속을 상기 직렬 공진 회로의 공진 주파수로 전환하는 구성의 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 축전 장치.
(9) 상기 직렬 공진 회로의 공진 주파수는, 교류 임피던스법으로 측정된 상기 셀의 내부 임피던스의 콜-콜 플롯에서의 허수 성분이 0으로 되는 경우의 주파수인 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 축전 장치.
(10) 상기 축전 제어 장치는, 전압이 최대인 셀을 상기 제1 셀에 포함시키는 구성의 (2) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 축전 장치.
(11) 상기 축전 제어 장치는, 전압이 최소인 셀을 상기 제2 셀에 포함시키는 구성의 (2) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 축전 장치.
(12) 상기 셀과 상기 직렬 공진 회로를 접속 또는 절단하는 스위치를 더 구비하며,
상기 축전 제어 장치는, 상기 스위치의 동작을 제어함으로써, 상기 셀과 상기 직렬 공진 회로의 접속 상태를 제어하는 구성의 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 축전 장치.
(13) 상기 셀은, 충전율 0％ 내지 100％의 구간 중의 5할 이상에 걸치는 일련의 구간에서의 전압 변화가 0.25V 이하로 되는 방전 특성을 갖는 (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 기재된 축전 장치.
(14) 컴퓨터를,
직렬 접속된 복수의 셀과 리액터 및 콘덴서를 포함하는 직렬 공진 회로와의 접속 상태를 제어하여, 상기 직렬 공진 회로를 통하여 동일수의 셀간에 에너지를 수수시키는 수단으로서 기능시키는 축전 제어 프로그램.
100: 축전 장치
110a, 110b: 셀
120: 직렬 공진 회로
121: 리액터
122: 콘덴서
130: 축전 제어 장치

Claims (15)

  1. 직렬 접속된 복수의 셀과,
    직렬 접속된 저항, 리액터, 및 콘덴서를 포함하는 직렬 공진 회로와,
    축전 제어 장치를 구비하며,
    상기 복수의 셀 각각은 충방전 가능한 전지 셀이고, 상기 복수의 셀은 제1 셀 세트 및 제2 셀 세트를 포함하고,
    상기 축전 제어 장치는, 상기 복수의 셀 중 상기 제1 셀 세트를 상기 직렬 공진 회로에 접속하고, 상기 제1 셀 세트와 상기 접속된 직렬 공진 회로의 사이에서 에너지의 수수를 제어하고, 상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류의 방향의 변화에 기초하여 상기 제1 셀 세트를 상기 접속된 직렬 공진 회로로부터 절단하고, 상기 제1 셀 세트의 절단에 기초하여 상기 복수의 셀 중 상기 제2 셀 세트를 상기 직렬 공진 회로에 접속하고, 상기 제2 셀 세트와 상기 접속된 직렬 공진 회로의 사이에서 에너지의 수수를 제어하도록 구성되는, 축전 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 셀 세트 내의 제1 셀 개수는 상기 제2 셀 세트 내의 제2 셀 개수와 동일하고, 상기 제2 셀 세트의 총 전압은 상기 제1 셀 세트의 총 전압 미만인, 축전 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 축전 제어 장치는, 상기 복수의 셀로부터 복수의 제1 연속되는 셀을 상기 제1 셀 세트로 선택하고, 상기 복수의 셀로부터 복수의 제2 연속되는 셀을 상기 제2 셀 세트로 선택하도록 더 구성되고,
    상기 복수의 제2 연속되는 셀은 상기 복수의 제1 연속되는 셀과 동일수인, 축전 장치.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서, 상기 축전 제어 장치는, 상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류의 방향의 변화에 기초하여 상기 제2 셀 세트를 상기 직렬 공진 회로로부터 절단하도록 더 구성되는, 축전 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 축전 제어 장치는, 상기 복수의 셀이 상기 직렬 공진 회로로부터 절단된 상태를 유지하고, 설정된 기간 중에 상기 복수의 셀의 전압에 기초하여 에너지의 수수를 종료해야 할지 여부를 판정하도록 더 구성되고,
    상기 상태는, 상기 제1 셀 세트 또는 상기 제2 셀 세트 중 적어도 하나가 상기 직렬 공진 회로로부터 절단된 후, 상기 설정된 기간 동안 유지되는, 축전 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 축전 제어 장치는, 상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류의 방향을 검지하도록 더 구성되고,
    상기 전류의 방향은, 상기 저항의 제1 단부 및 상기 저항의 제2 단부 사이의 전위차에 기초하여 검지되는, 축전 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 축전 제어 장치는, 상기 직렬 공진 회로의 공진 주파수에 기초하여, 상기 직렬 공진 회로와 상기 복수의 셀의 접속 상태를 전환하도록 더 구성되는, 축전 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 직렬 공진 회로의 공진 주파수는, 0의 값을 갖는 상기 복수의 셀의 내부 임피던스의 콜-콜 플롯에서의 허수 성분에 대응하고, 상기 허수 성분의 값은 교류 임피턴스법에 기초하여 측정되는, 축전 장치.
  10. 제2항에 있어서, 상기 축전 제어 장치는, 상기 복수의 셀 중 최대 전압을 갖는 제2 셀을 제어하도록 더 구성되고, 상기 제2 셀은 상기 제1 셀 세트에 포함되는, 축전 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 축전 제어 장치는, 상기 복수의 셀 중 최소 전압을 갖는 제3 셀을 제어하도록 더 구성되고, 상기 제3 셀은 상기 제2 셀 세트에 포함되는, 축전 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 복수의 셀 중 적어도 하나의 셀을 상기 직렬 공진 회로에 접속 또는 절단하는 스위치를 더 구비하는, 축전 장치.
  13. 제2항에 있어서, 상기 복수의 셀은, 일련의 구간에서 전압 변화가 0.25V 이하인 방전 특성을 갖고,
    상기 일련의 구간은, 충전율 0% 내지 100%의 구간 중 적어도 5할 이상에 걸치는, 축전 장치.
  14. 복수의 셀 중 제1 셀 세트를 직렬 공진 회로에 접속하고, 상기 제1 셀 세트와 상기 접속된 직렬 공진 회로의 사이에서 에너지의 수수를 제어하고, 상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류의 방향의 변화에 기초하여 상기 제1 셀 세트를 상기 접속된 직렬 공진 회로로부터 절단하고, 상기 제1 셀 세트의 절단에 기초하여 상기 복수의 셀 중 제2 셀 세트를 상기 직렬 공진 회로에 접속하고, 상기 제2 셀 세트와 상기 접속된 직렬 공진 회로의 사이에서 에너지의 수수를 제어하도록 구성되는 회로를 구비하고,
    상기 복수의 셀은 직렬 접속되고,
    상기 복수의 셀 각각은 충방전 가능한 전지 셀이고,
    상기 직렬 공진 회로는 직렬 접속된 저항, 리액터, 및 콘덴서를 포함하는, 축전 제어 장치.
  15. 복수의 셀 중 제1 셀 세트를 직렬 공진 회로에 접속하는 단계,
    상기 제1 셀 세트와 상기 접속된 직렬 공진 회로의 사이에서 에너지의 수수를 제어하는 단계,
    상기 직렬 공진 회로에 흐르는 전류의 방향의 변화에 기초하여 상기 제1 셀 세트를 상기 접속된 직렬 공진 회로로부터 절단하는 단계,
    상기 제1 셀 세트의 절단에 기초하여 상기 복수의 셀 중 제2 셀 세트를 상기 직렬 공진 회로에 접속하는 단계, 및
    상기 제2 셀 세트와 상기 접속된 직렬 공진 회로의 사이에서 에너지의 수수를 제어하는 단계
    를 구비하고,
    상기 복수의 셀은 직렬 접속되고,
    상기 복수의 셀 각각은 충방전 가능한 전지 셀이고,
    상기 직렬 공진 회로는 직렬 접속된 저항, 리액터, 및 콘덴서를 포함하는, 축전 제어 방법.
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