KR20130024787A

KR20130024787A - 축전 장치, 전자 기기, 전동 차량 및 전력 시스템

Info

Publication number: KR20130024787A
Application number: KR1020120092155A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 고마쯔; 히데까즈 기꾸찌; 고지 우메쯔
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2013-03-08
Also published as: US20130049457A1; CN102969522A; EP2587614A2; CN102969522B; US20170264111A1; US9705341B2; CN202856391U; US10020662B2

Abstract

전지 시스템은 함께 직렬로 접속된 복수의 축전 모듈을 포함한다. 각각의 축전 모듈은 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 블록 그룹과, 각 전지 블록 그룹에 접속된 상이한 자기 코어를 포함한다.

Description

축전 장치, 전자 기기, 전동 차량 및 전력 시스템{ELECTRIC STORAGE APPARATUS, ELECTRONIC DEVICE, ELECTRIC VEHICLE, AND ELECTRIC POWER SYSTEM}

본 개시는 축전 장치 및 축전 장치로부터의 전력을 이용하는 전자 기기, 전동 차량 및 전력 시스템에 관한 것이다.

최근에는, 리튬 이온 전지 등의 2차 전지의 용도가 태양 전지, 풍력 발전 등의 신에너지 시스템과 조합한 전력 저장용 축전 장치, 자동차용 축전지 등에 급속하게 확대되고 있다. 대출력을 발생하기 위해서 다수의 축전 소자, 예를 들어 단위 전지(단전지 또는 셀이라고도 불린다. 이하의 설명에서는, 전지 셀이라고 적절하게 칭함)를 사용하는 경우, 복수의 축전 모듈을 직렬로 접속하는 구성이 채용된다. 축전 모듈은, 복수개, 예를 들어 4개의 전지 셀을 병렬 및/또는 직렬로 접속하여, 전지 블록을 구성한다. 다수의 전지 블록이 외장 케이스에 수납되어 축전 모듈(조전지라고도 불림)이 구성된다.

또한, 복수의 축전 모듈을 접속하고, 복수의 축전 모듈에 대하여 공통인 제어 장치를 접속하는 종래 기술에 따른 전지 시스템이 있다. 각 축전 모듈이 모듈 컨트롤러를 포함하고, 모듈 컨트롤러와 제어 장치 사이에서 통신 도구를 통해서 통신하는 구성으로 되어 있다.

복수의 전지 셀을 사용하는 경우, 전지 셀의 자기 방전의 차이 등에 기인해서 방전시에 복수의 전지 셀 중 하나가 사용 하한 전압에 도달해도, 다른 전지 셀이 아직 사용 하한 전압에 도달하지 않는 경우가 있다. 이러한 상태에서, 전지 셀을 다시 충전하면, 충분히 충전할 수 없는 전지 셀이 발생하여, 전지 셀의 능력을 충분히 발휘시킬 수 없는 문제가 발생한다.

이와 같은 복수의 전지 셀간의 편차를 보정하기 위해서, 종래부터 전지 셀간의 밸런스를 제어하는 것이 행해지고 있다. 또한, 일본 무심사 특허출원 제2008-035680호에는, 다수의 전지 셀을 복수의 직렬 셀 그룹으로 분할하고, 각 셀 그룹에 셀간 전압 밸런스 보정 회로를 제공하고, 또한 그룹간 전압 밸런스 보정 회로를 제공한다는 것이 개시되어 있다. 그룹간 전압 밸런스 보정 회로는 각 셀 그룹의 직렬 전압을 트랜스포머 코일과 스위칭 회로를 사용해서 형성되는 교류 결합에 의해 밸런스 보정시키는 구성으로 되어 있다.

일본 무심사 특허출원 제2008-035680호에 기재된 그룹간 전압 밸런스 보정 회로를 축전 모듈의 전지군의 밸런스 보정에 적용할 수 있다. 그러나, 셀 그룹마다 코일이 접속되어 있지만, 코일은 공통의 자기 코어에 감겨 있는 구성이다. 따라서, 각각의 케이스에 수납되어 있는 복수의 축전 모듈에 코일을 접속한 경우에는, 코일과 자기 코어를 다른 케이스에 수납할 필요가 있다. 이 다른 트랜스포머 장치에 복수의 축전 모듈을 접속하는 스타 형상 배선을 행하게 되어, 축전 모듈의 개수가 증가한 경우에는, 접속이 복잡하게 되는 문제가 있다.

또한, 스위칭 회로가 동상에서 온/오프 동작하도록 제어되어 전압의 균일화가 이루어지므로, 셀 그룹마다 독립적으로 스위칭 동작을 제어할 수 없게 된다. 따라서, 전압이 높은 특정한 셀 그룹으로부터 전압이 낮은 특정한 셀 그룹으로 전력의 전송을 행할 수 없는 문제가 있다.

트랜스포머를 축전 모듈과 다른 장치로서 구성할 필요가 없고, 각 축전 모듈의 스위칭 동작을 개별적으로 제어할 수 있는 축전 장치, 전자 기기, 전동 차량 및 전력 시스템의 제공하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다.

일 실시 형태에서, 전지 시스템은 함께 직렬로 접속된 복수의 축전 모듈을 포함하며, 상기 축전 모듈 각각은 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 블록 그룹, 및 각 전지 블록 그룹에 접속된 상이한 자기 코어를 포함한다.

다른 실시 형태에서, 전지 디바이스는 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 블록 그룹과; 상기 전지 블록 그룹에 접속되며 단 하나의 전지 블록 그룹과 동작하도록 구성된 자기 코어를 포함하는 축전 모듈을 포함한다.

다른 실시 형태에서, 제어 디바이스는 자기 코어, 1차 코일을 통해 상기 자기 코어에 전기적으로 접속된 1차 스위치, 2차 코일을 통해 상기 자기 코어에 전기적으로 접속된 2차 스위치, 및 모듈 컨트롤러를 포함한다.

다른 실시 형태에서, 전동 차량은 함께 직렬로 접속된 복수의 축전 모듈을 포함하는 전지 시스템을 포함하며, 상기 축전 모듈 각각은 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 블록 그룹, 각 전지 블록 그룹에 접속된 상이한 자기 코어, 및 상기 전지 시스템으로부터 전력을 공급받아서, 상기 전동 차량의 부품에 전력을 공급하도록 구성된 컨버터를 포함한다.

도 1은 축전 시스템의 일례의 블록도.
도 2는 축전 모듈의 일례의 분해 사시도.
도 3은 축전 모듈의 일례의 접속 구성을 도시하는 접속도.
도 4는 축전 시스템의 구체적 구성을 도시하는 블록도.
도 5는 모듈 컨트롤러의 일례의 블록도.
도 6은 복수의 축전 모듈을 접속한 축전 시스템의 구성을 도시하는 블록도.
도 7은 각 축전 모듈의 다층 배선 기판에 대한 부품의 장착 상태를 도시하는 개략적인 선도.
도 8은 절연부의 회로 구성을 도시하는 접속도.
도 9a 및 도 9b는 2층 배선 기판 및 4층 배선 기판을 설명하기 위한 단면도.
도 10a 및 도 10b는 인쇄회로 기판 안테나의 구체예를 설명하기 위한 개략적인 선도.
도 11a 내지 도 11c는 보텀 밸런스의 중요성을 설명하기 위한 개략적인 선도.
도 12a 내지 도 12c는 액티브 보텀 셀 밸런스 동작을 설명하기 위한 개략적인 선도.
도 13a 내지 도 13c는 톱 밸런스의 중요성을 설명하기 위한 개략적인 선도.
도 14a 내지 도 14c는 액티브 톱 셀 밸런스 동작을 설명하기 위한 개략적인 선도.
도 15a 및 도 15b는 종래의 액티브 보텀 셀 밸런스 회로의 접속도.
도 16은 종래의 액티브 보텀 셀 밸런스 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍차트.
도 17a 및 도 17b는 종래의 액티브 톱 셀 밸런스 회로의 접속도.
도 18은 종래의 액티브 톱 셀 밸런스 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍차트.
도 19는 종래의 모듈간 밸런스 회로의 일례의 접속도.
도 20은 모듈간 밸런스 회로의 일례의 접속도.
도 21은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 모듈간 밸런스 회로의 제1 예의 접속도.
도 22는 스위치의 구체예를 도시하는 접속도.
도 23은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 모듈간 밸런스 회로의 제1 예의 동작 설명용 접속도.
도 24는 본 개시의 일 실시 형태에 따른 모듈간 밸런스 회로의 제1 예의 동작 설명용 타이밍차트.
도 25는 본 개시의 일 실시 형태에 따른 모듈간 밸런스 회로의 제2 예의 접속도.
도 26은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 모듈간 밸런스 회로의 제3 예의 접속도.
도 27은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 모듈간 밸런스 회로의 제4 예의 접속도.
도 28은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 모듈간 밸런스 회로를 포함하는 축전 시스템의 일례의 블록도.
도 29는 본 개시를 셀간 밸런스 회로에 적용한 경우의 접속도.
도 30은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 모듈간 밸런스 회로를 포함하는 축전 시스템의 응용예의 제1 예의 블록도.
도 31은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 모듈간 밸런스 회로를 포함하는 축전 시스템의 응용예의 제2 예의 블록도.

이하에 설명하는 실시 형태는 본 발명의 적합한 구체예로서, 기술적으로 바람직한 다양한 한정이 덧붙여져 있지만, 본 발명의 범위는 이하의 설명에서, 특별히 본 발명을 한정한다는 취지의 설명이 없는 한, 이들의 실시 형태에 한정되지 않는 것으로 한다.

축전 시스템

대출력을 발생하기 위해서 다수의 축전 소자, 예를 들어 전지 셀을 사용하는 경우, 복수의 축전 유닛(이하, 축전 모듈이라고 칭함)을 접속하고, 복수의 축전 모듈에 대하여 공통적으로 제어 장치를 제공하는 구성이 채용된다. 이러한 구성을 축전 시스템이라고 칭한다.

축전 모듈은 복수의 전지 셀과 컨트롤러를 조합한 단위이다. 도 1에 도시한 바와 같이, N개의 축전 모듈 MOD1~MODN은 직렬로 접속된다. 축전 모듈 MOD1~MODN은 절연부 IS를 통하여 인터페이스 버스 BS에 접속되어 있다.

또한, 각 모듈 컨트롤러는 전체의 제어 장치(이하, 컨트롤 박스라고 적절하게 칭함) ICNT에 접속되고, 컨트롤 박스 ICNT는 충전 관리, 방전 관리, 열화 억제 등을 위한 관리를 행한다. 컨트롤 박스 ICNT는 마이크로컴퓨터에 의해 구성되어 있다.

축전 모듈 내의 버스 및 축전 모듈 MOD1~MODN과 컨트롤 박스 ICNT를 접속하는 버스 BS로서는, 시리얼 인터페이스가 사용된다. 시리얼 인터페이스로서는, 구체적으로 SM 버스(System Management Bus), CAN(Controller Area Network), SPI(Serial Peripheral Interface) 등이 사용된다. 예를 들어, I2C 버스를 사용할 수 있다. I2C 버스는 SCL(시리얼 클럭)과 쌍방향 SDA(시리얼 데이터)의 2개의 신호선을 이용하여 통신을 행하는 동기식 시리얼 통신이다.

각 축전 모듈 MOD의 모듈 컨트롤러 CNT와 컨트롤 박스 ICNT는 통신을 행한다. 구체적으로, 각 축전 모듈의 내부 상태의 정보, 즉, 전지 정보는 컨트롤 박스 ICNT에 의해 수신되고, 각 축전 모듈의 충전 처리 및 방전 처리가 관리된다. 컨트롤 박스 ICNT는 N개의 축전 모듈의 직렬 접속의 출력(N×51.2V)을 부하에 공급한다. N=14의 예에서는, 출력이 (14×51.2V=716.8V)로 된다.

축전 모듈의 일례

도 2는 축전 모듈 MOD의 기계적 구성을 도시하는 사시도이다. 축전 모듈 MOD의 외장 케이스는 판금 가공된 금속제의 외장 하부 케이스(2a) 및 외장 상부 케이스(2b)로 이루어진다. 외장 하부 케이스(2a) 및 외장 상부 케이스(2b)의 재료로서는, 높은 열전도율 및 복사율을 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 우수한 하우징 방열성을 얻을 수 있어, 케이스 내의 온도 상승을 억제할 수 있다. 예를 들어, 외장 하부 케이스(2a) 및 외장 상부 케이스(2b)의 재료로는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 구리 또는 구리 합금이 있다. 케이스의 배면에는, 축전 모듈 MOD에 대하여 충방전을 위한 외부 정극 단자(3) 및 외부 부극 단자(4)가 제공된다.

또한, 축전 모듈 MOD의 배면에는 전류 차단기(5)가 제공된다. 전류 차단기(5)를 제공함으로써, 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 케이스(2) 내에 배치되어 있는 제어 회로와의 통신을 위한 커넥터부(6)가 제공된다. 제어 회로는 전지 유닛의 온도의 감시를 행하고, 충전, 방전 등을 제어하기 위해서 제공된다. 또한, 케이스의 전방면에는, 동작 상태를 나타내는 LED 등의 표시 소자가 제공된다.

케이스의 외장 하부 케이스(2a)는 상자 형상의 구성을 갖고, 그 개구를 덮도록 외장 상부 케이스(2b)가 제공된다. 외장 하부 케이스(2a)의 수납 공간에 서브 모듈 AS1~AS4가 수납된다. 서브 모듈 AS1~AS4를 나사 고정 등에 의해 고정하기 위해서, 외장 하부 케이스(2a)의 저면에 복수의 보스(boss)가 형성된다. 서브 모듈 AS1~AS4는 미리 케이스 밖에서 조립된다.

각 서브 모듈은 복수의 전지 블록을 부 수납 케이스로서 기능하는 절연성 케이스에 의해 일체화한 것이다. 서브 모듈의 케이스로서는, 플라스틱 등의 몰드 부품을 사용할 수 있다. 서브 모듈 AS1~AS4는 내부의 전지 블록의 정극 단자 및 부극 단자가 노출되지 않도록, 복수의 전지 블록을 케이스 내에 수납하는 것이다.

1개의 전지 블록은 예를 들어, 8개의 원통 형상 리튬 이온 2차 전지를 병렬 접속하여 구성된 블럭이다. 서브 모듈 AS1 및 AS2는 각각 6개의 전지 블록을 상부 케이스 및 하부 케이스에 의해 일체화한 것이다. 서브 모듈 AS3 및 AS4는 각각 2개의 전지 블록을 상부 케이스 및 하부 케이스에 의해 일체화한 것이다. 따라서, 합계 16개(6+6+2+2=16)의 전지 블록이 사용된다. 이들 전지 블록은 예를 들어, 직렬로 접속된다.

서브 모듈 AS1~AS4의 각각에서, 전지 블록을 직렬 접속하기 위해서, 접속용 금속판, 예를 들어 버스 바(bus bar)가 사용된다. 버스 바는 가늘고 긴 막대 형상의 금속이다. 버스 바에는, 전지 블록으로부터 도출되어 있는 접속 금속판 등과의 접속을 위해 복수의 구멍이 형성되어 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 각각 8개의 전지가 병렬로 접속된 전지 블록 B1~B16은 직렬로 접속되어 있다. 전지 블록 B1~B16은 각각 각 축전 모듈의 제어 장치로서 기능하는 모듈 컨트롤러 CNT에 접속되고, 충방전이 제어된다. 충방전은 외부 정극 단자(3) 및 외부 부극 단자(4)를 통해서 이루어진다. 예를 들어, 전지 블록 B1~B6은 서브 모듈 AS1에 포함되어 있고, 전지 블록 B11~B16은 서브 모듈 AS2에 포함되어 있다. 또한, 전지 블록 B7 및 B10은 서브 모듈 AS3에 포함되고, 전지 블록 B8 및 B9는 서브 모듈 AS4에 포함된다.

각 전지 블록의 정 전극과 부 전극간의 전압 등의 정보가 버스(10)를 통해서 모듈 컨트롤러 CNT에 공급된다. 모듈 컨트롤러 CNT는 각 전지 블록의 전압, 전류, 및 온도를 모니터하고, 모니터한 결과를 전지 정보로서 출력한다. 예를 들어 하나의 축전 모듈 MOD는 (16×3.2V=51.2V)를 출력한다.

도 4는 축전 시스템의 보다 구체적인 접속 구성을 도시한다. 예를 들어, 4개의 축전 모듈 MOD1~MOD4는 직렬로 접속된다. 이 경우에, 정극 단자(3)(VB+) 및 부극 단자(4)(VB-)에 추출되는 전체 전압은 약 200V이다. 각 축전 모듈에는, 모듈 컨트롤러 CNT1~CNT4와 전지 블록 그룹 BB1~BB4가 각각 포함되어 있다. 각 전지 블록 그룹은 예를 들어, 16개의 전지 블록의 직렬 접속이다.

모듈 컨트롤러 CNT1~CNT4는 버스를 통해서 접속되고, 모듈 컨트롤러 CNT4의 통신 단자는 컨트롤 박스 ICNT에 접속된다. 컨트롤 박스 ICNT에 대하여, 각 모듈 컨트롤러로부터의 모듈마다의 전압 등의 정보가 전송된다. 컨트롤 박스 ICNT는 또한, 외부와의 통신이 가능하도록 통신 단자(11)를 포함한다.

모듈 컨트롤러의 일례

도 5를 참조해서 모듈 컨트롤러의 구성의 일례에 대해서 설명한다. 모듈 컨트롤러 CNT는 직렬로 접속된 n개의 전지 블록 B1~Bn의 양단부의 전압과, 각 전지 블록의 전압을 검출하도록 구성된다. 전지 블록 B1~Bn의 양단부의 전압과 각 전지 블록의 전압을 순차 출력하는 멀티플렉서(15)가 제공되어 있다.

멀티플렉서(15)는 예를 들어, 소정의 제어 신호에 따라 채널을 전환하고, n개의 아날로그 전압 데이터 중에서 하나의 아날로그 전압 데이터를 선택한다. 멀티플렉서(15)에 의해 선택된 하나의 아날로그 전압 데이터가 A/D 컨버터(도 5에서는 ADC(Analog to Digital Converter)라고 표기함)(16)에 공급된다.

A/D 컨버터(16)는 멀티플렉서(15)로부터 공급되는 아날로그 전압 데이터를 디지털 전압 데이터로 변환한다. 예를 들어, 아날로그 전압 데이터는 14~18비트의 디지털 전압 데이터로 변환된다. 또한, A/D 컨버터(16)의 방식으로서는, 단계적 접근법, ΔΣ(디지털 시그마) 방식 등, 다양한 방식을 사용할 수 있다는 것에 유의하라.

A/D 컨버터(16)로부터의 디지털 전압 데이터는 통신부(17)에 공급된다. 통신부(17)는 제어부(18)에 의해 제어되고, 통신용 단자(19a 및 19b)를 통해서 접속되는 외부의 장치와의 통신을 행한다. 예를 들어, 통신부(17)는 통신용 단자(19a)를 통해서 다른 모듈의 모듈 컨트롤러와의 통신을 행하고, 통신용 단자(19b)를 통해서 컨트롤 박스 ICNT와의 통신을 행한다. 또한, 모듈 컨트롤러 CNT는 통신용 단자(19b)를 통해서 컨트롤 박스 ICNT로부터의 제어 신호를 수신한다. 이와 같이, 통신부(17)는 쌍방향 통신을 행한다.

또한, 제어부(18)는 전지 블록의 전압을 균일화하도록 제어한다. 이러한 제어는 셀 밸런스 제어라고 한다. 예를 들어, 복수의 전지 블록 B1~Bn 내에서 하나의 전지 블록이 사용 하한의 방전 전압까지 도달한 경우, 아직 용량이 남아있는 다른 전지 블록이 존재한다. 다음으로 충전한 경우에, 전지 용량이 남아있던 다른 전지 블록이 빠르게 충전 상한 전압에 도달하게 되어, 상술한 전지 블럭은 만충전까지 충전되지 않을 것이다. 이러한 언밸런스를 피하기 위해서, 전지 용량이 남아있는 전지 블록을 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)를 온시킴으로써 강제적으로 방전하도록 이루어진다. 또한, 셀 밸런스 제어의 방식은 상술한 패시브 방식에 한하지 않고, 소위 액티브 방식이나 다른 여러 가지의 방식을 적용할 수 있음에 유의하라. 본 개시의 일 실시 형태에 따른 모듈간 밸런스 제어에 관해서는 나중에 상세하게 설명할 것이다.

상술한 모듈 컨트롤러 CNT는 각 전지 블록의 전압을 모니터하고, 검출한 전압을 디지털 신호로 변환해서 컨트롤 박스 ICNT에 전송한다는 것에 유의하라. 전압에 부가해서 각 전지 블록의 온도를 검출하고, 온도를 디지털 데이터로 변환하여, 컨트롤 박스 ICNT에 전송하는 구성으로 이루어질 수도 있다.

모듈 컨트롤러 CNT에 대한 전원은 도 5에 도시한 바와 같이, 전지 블록 B1~Bn으로부터 공급된다. 그러나, 전지 블록 B1~Bn을 전원으로서 사용하면, 모듈 컨트롤러 CNT의 소비 전력이 서로 동일하지 않기 때문에, 모듈간의 전지 블록 B1~Bn 사이의 용량의 편차가 발생하고, 모듈간 언밸런스가 발생한다. 이 점으로부터 모듈 컨트롤러 CNT의 전원은, 전지 블록 B1~Bn을 사용하지 않는 것이 바람직하다.

도 5에 도시한 모듈 컨트롤러 CNT에서, 내측의 파선으로 둘러싸여 도시된 바와 같이, A/D 컨버터(16), 통신부(17) 및 제어부(18)는 저전압, 예를 들어 5V의 전원에서 동작할 수 있는 저전압 전원부이다. 본 개시에서는, 저전압 전원부에 대한 전원을 컨트롤 박스 ICNT로부터 공급하도록 이루어진다. 전지 블록 B1~Bn으로부터 전원을 공급하면, 모듈 컨트롤러 CNT의 소비 전력의 차이에 의해, 모듈간의 밸런스가 무너질 우려가 있다. 본 개시에서는, 모듈 컨트롤러 CNT의 저 전압 전원부에 대한 전원을 컨트롤 박스 ICNT로부터 공급하므로, 이러한 문제를 발생하지 않는다.

본 개시에 따른 축전 시스템

n개의 축전 모듈 MOD1~MODn을 갖는 축전 시스템에 대하여 본 개시를 적용한 구성을 도 6에 도시한다. 각 축전 모듈은 통신부 COM1~COMn과, 절연부 ISC1~ISCn과, 모듈 컨트롤러 CNT1~CNTn과, 전지 블록 그룹 BB1~BBn으로 구성된다. n개의 축전 모듈과, 컨트롤 박스 ICNT는 접속된다. 접속을 위해, 통신용 라인 L1 및 L2와, 전원용 라인 Lp가 사용된다. 통신용 라인 L1 및 L2를 통해서 컨트롤 박스 ICNT와 축전 모듈 MOD1~MODn 사이에서 쌍방향 통신이 이루어진다. 통신 방식으로서, 예를 들어 CAN이 사용된다. 최근에, CAN은 차량 LAN으로서 사용된다.

각 축전 모듈의 통신부 COM1~COMn은 도 5에서의 통신부(17)에 대응한다. 따라서, 도 6에서의 모듈 컨트롤러 CNT1~CNTn은 도 5의 구성에서 통신부(17)를 갖지 않는 구성이다. 그러나, 통신부 COM1~COMn과 통신부(17)의 양자를 제공하여 각각이 서로 다른 기능을 갖도록 할 수도 있다. 전원용 라인 Lp를 통해서 예를 들어 +5V의 전원 전압이 각 축전 모듈의 저전압 전원부의 전원으로서 공급된다.

절연부 ISC1~ISCn은 통신부 COM1~COMn과 모듈 컨트롤러 CNT1~CNTn 사이를 절연하는 기능을 갖는다. 구체적으로, 통신부 COM1~COMn의 전원의 기준 전위와, 모듈 컨트롤러 CNT1~CNTn의 전원의 기준 전위가 분리되고, 독립된 회로로서 취급된다. 또한, 절연 상태에서, 절연부 ISC1~ISCn은 전원 전압을 모듈 컨트롤러 CNT1~CNTn에 공급하는 기능과, 쌍방향 통신의 전송 매체로서의 기능을 구비하고 있다.

일례로서, 컨트롤 박스 ICNT 및 통신부 COM1~COMn의 전원 전압이 0~+5V로 된다. 축전 모듈 MOD1의 모듈 컨트롤러 CNT1의 전원 전압이 0~+5V로 되고, 축전 모듈 MOD2의 모듈 컨트롤러 CNT2의 전원 전압이 +50V~+55V로 되고, 축전 모듈 MODn의 모듈 컨트롤러 CNTn의 전원 전압이 (+50/n)V~(+50×n)+5V로 된다.

절연부

절연부 ISC1~ISCn을 통해서 이루어지는 쌍방향 통신 방식으로서는, CAN의 규격을 사용할 수 있다. 절연부 ISC1~ISCn을 통해서 이루어지는 전력 전송 방식으로서는, 전자기 유도 방식, 자계 공명 방식, 전파 수신 방식 등을 사용할 수 있다.

본 개시에서는, 비접촉 IC 카드 기술을 사용한다. 비접촉 IC 카드 기술은 리더/라이터의 안테나 코일과 카드의 안테나 코일을 자속 결합시켜, 리더/라이터와 카드 사이에서 통신 및 전력 전송을 행하는 기술이다. 통신은, 13.56㎑의 주파수의 반송파를 ASK(Amplitude Shift Keying) 변조하는 방식을 이용하여, 212 혹은 424kbps의 속도에서 행해진다. 절연부 ISC1~ISCn은 상기 비접촉 IC 카드 방식과 마찬가지의 사양으로 하고 있다. 또한, 절연부 ISC1~ISCn은 다층 인쇄회로 기판의 서로 다른 층에 형성한 안테나(코일) 사이에서 통신 및 전력 전송을 행하도록 구성된다.

도 7에 도시한 바와 같이, 다층 인쇄회로 기판(21) 상에 컨트롤 박스 ICNT를 구성하는 MPU(MicroProcessing Unit), 비접촉 IC 카드 방식의 리더/라이터 일측의 LSI(Large Scale Integrated Circuit:대규모 집적 회로)(22)가 장착되어 있다. 또한, 인쇄회로 기판 안테나(23 및 24), 비접촉 IC 카드 방식의 카드측의 LSI(25), 및 모듈 컨트롤러 CNT가 다층 인쇄회로 기판(21) 상에 장착되어 있다.

도 8에 개념적으로 도시한 바와 같이, 비접촉 IC 카드 방식에서는, 리더/라이터부(26)의 안테나(23)로부터 예를 들어, 반송파 진폭이 2~13Vop이고, 변조도가 10% 정도인 카드부(27)에 대한 송신 신호가 형성된다. 송신 신호는 안테나(23)로부터 카드부(27)의 안테나(24)에 송신된다. 안테나(24)에서 수신된 신호는 예를 들어, 반송파 진폭이 2~13Vop이고, 변조도가 10% 정도인 고주파 신호이다. 수신한 신호를 평활화함으로써, 카드부(27)에서의 전원이 형성된다. 카드부(27)에서의 소비 전력은 충분히 작다.

인쇄회로 기판 안테나의 일례에 대해서 설명한다. 안테나가 도전 패턴으로서 형성되는 다층 인쇄회로 기판(21)으로서는, 도 9a에 도시한 바와 같이, 4개의 배선층 LY1~LY4를 갖는 4층 인쇄회로 기판이 사용된다. 대안적으로, 도 9b에 도시한 바와 같이, 2개의 배선층 LY11, LY12를 갖는 2층 인쇄회로 기판이 사용된다.

도 10a에 도시한 바와 같이, 1차측(리더/라이터측)의 안테나(23)는 소용돌이 형상 패턴(31a), 직선 형상 패턴(31b) 및 직선 형상 패턴(31c)에 의해 형성된다. 4층 인쇄회로 기판의 제4 배선층 LY4 상에 소용돌이 형상의 패턴(31a)이 형성되고, 패턴(31a)의 중심부의 단부가 랜드 및 스루-홀을 통해서 제3 배선층 LY3의 랜드(32a)에 접속된다. 랜드(32a)로부터 랜드(32b) 사이에 직선 형상의 패턴(31b)이 형성된다. 랜드(32b)가 스루-홀 및 제3 배선층 LY3의 랜드를 통해서 직선 형상의 패턴(31c)에 접속된다. 패턴(31a 및 31c)의 단부가 도시하지 않은 커넥터에 접속된다.

도 10b에 도시한 바와 같이, 2차측(카드측)의 안테나(24)가 소용돌이 형상 패턴(41a), 직선 형상 패턴(41b), 직선 형상 패턴(41c) 및 직선 형상 패턴(41d)으로 형성된다. 커넥터(도시하지 않음)와 일단부가 접속된 소용돌이 형상 패턴(41a)은 4층 인쇄회로 기판의 제1 배선층 LY1 상에 형성되고, 랜드(42a), 스루-홀 및 제2 배선층 LY2의 랜드를 통해서 직선 형상 패턴(41b)과 접속된다. 패턴(41b)의 일단부는 랜드(42b), 스루-홀을 통해서 제1 배선층 LY1의 랜드와 접속된다. 직선 형상 패턴(41c)의 일단부는 이 제1 배선층 LY1의 랜드와 접속된다. 직선 형상의 패턴(41c)의 타단부는 커넥터(도시하지 않음)와 접속된다. 또한, 소용돌이 형상 패턴(41a)과 접속된 랜드(42c)에는 직선 형상 패턴(41d)의 일단부가 접속된다. 직선 형상 패턴(41d)의 타단부는 기준 전위점에 접속된다.

패턴이 교차하는 경우에, 서로 다른 배선층의 패턴에 의해 인쇄회로 기판 안테나가 구성된다. 서로 다른 배선층을 접속하기 위해서, 스루-홀과 랜드가 사용된다. 그 결과, 제4 배선층에 도 10a에 도시한 바와 같이, 불필요한 랜드(32c, 32d)가 발생하고, 제1 배선층에 불필요한 랜드(42d)가 발생한다.

상술한 패턴을 인쇄회로 기판의 다른 배선층에 형성하는 것 대신에, 점퍼선을 사용하도록 해도 된다. 구체적으로, 도 10a에서의 패턴(31b), 및 도 10b에서의 패턴(41b 및 41d) 대신에 점퍼선이 사용된다. 이 경우에는, 2층 인쇄회로 기판을 사용할 수 있어, 스루-홀을 형성하는 것이 불필요하게 되며, 불필요한 랜드가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 스루-홀을 형성하지 않는 것에 의해, 인쇄회로 기판의 절연 내압을 향상시킬 수 있다.

본 개시의 일 실시 형태에 따른 절연부는 1차 안테나와 2차 안테나 사이의 절연을 인쇄회로 기판에 의해 행하고 있다. 따라서, 본 개시의 일 실시 형태에 따른 절연부에 있어서는, 직류 절연 전압으로서 1000V 이상이 가능하게 된다. 또한, 쌍방향 통신 및 전력 전송이 가능하다는 이점이 있어, 비용을 절감할 수 있다.

셀 밸런스

본 개시에서는, 상술한 복수의 축전 모듈 MOD1~MODn 사이의 전압 밸런스(이하, 간단히 모듈 밸런스라고 칭함)를 제어하는 것이다. 구체적으로, 모듈간 밸런스의 제어에 의해, 각 축전 모듈의 출력 전압이 균일화된다. 통상적으로, 각 축전 모듈에는, 다수의 전지 셀이 포함되어 있기 때문에, 축전 모듈 내의 전지 셀간의 전압 밸런스(이하, 간단히 셀 밸런스라고 칭함)와 비교해서 축전 모듈간의 편차가 커진다. 따라서, 축전 모듈 내의 셀 밸런스의 제어를 행한다고 해도, 모듈 밸런스 제어를 행하는 것이 의미가 있다.

본 개시의 설명에 앞서서 일반적인 셀 밸런스 제어에 대해서 설명한다. 도 11a 내지 도 11c에 도시한 바와 같이, 3개의 전지 셀 BT1, BT2, BT3 사이의 셀 밸런스를 검토한다. 처음에는, 도 11a에 도시한 바와 같이, 모든 전지 셀이 만충전되어 있는 것으로 한다. 다음으로, 도 11b에 도시한 바와 같이, 전지 셀이 방전해서 방전량에 편차가 발생하고, 전지 셀 BT1의 전압이 파선으로 나타낸 사용 하한 전압에 도달한 것으로 한다. 전지 셀간의 편차에 의해, 다른 전지 셀 BT2 및 BT3은 아직 사용 하한 전압에는 도달해 있지 않다. 예를 들어, 자기 방전량의 차이는 전지 셀간의 방전량의 편차의 원인이다.

이 상태에서 충전을 개시하면, 전지 셀 BT1의 전압이 사용 하한 전압에 도달하는 시점이 남아 있는 용량이 가장 많은 전지 셀 BT2은 처음에 만용량에 도달한다. 이 시점에서는, 도 11c에 도시한 바와 같이, 전지 셀 BT1은 만충전까지 충전되지 않는다. 따라서, 전지 셀 BT1이 만충전이면, 방전량 C1이 방전되겠지만, 방전량 C2로 방전할 수 있는 양이 감소하게 된다.

이 문제를 해결하기 위해서, 도 12a 및 도 12b에 도시한 바와 같이, 전지 셀 BT1이 사용 하한 전압에 도달한 시점에서 가장 용량이 많이 남아 있는(최고 전위) 전지 셀 BT2로부터 용량이 가장 적은(최저 전위) 다른 전지 셀 BT1에 전력을 이동시켜서 남아 있는 용량을 거의 동일하게 한다. 그리고, 전지 셀 BT1, BT2 및 BT3을 충전함으로써, 3개의 전지 셀을 거의 만충전 전압까지 충전할 수 있다. 실제로는, 복수회의 처리를 반복해서 행해진다.

이와 같은 제어는, 액티브 보텀 셀 밸런스 제어라고 불린다. 보텀 셀 밸런스 제어에 의해 방전할 수 있는 양의 감소를 방지할 수 있다. 도 12a에 도시한 상태에서, 가장 전위가 낮은 전지 셀 BT1과 전위를 맞추도록, 전지 셀 BT2 및 BT3을 방전하는 방식은, 패시브 보텀 셀 밸런스 제어라고 불린다. 패시브 방식과 비교해서 액티브 방식 쪽이 용량을 유효하게 이용할 수 있으므로 바람직하다.

도 13a 내지 도 14c를 참조해서 액티브 톱 밸런스 제어에 대해서 설명한다. 처음에는, 도 13a에 도시한 바와 같이, 모든 전지 셀이 만충전되어 있는 것으로 한다. 다음으로, 도 13b에 도시한 바와 같이, 전지 셀이 방전된 것으로 한다.

충전을 개시하면, 도 13c에 도시한 바와 같이, 전지 셀 BT2의 전압은 최초에 사용 상한 전압에 도달한다. 이 시점에서는, 전지 셀 BT1 및 BT3의 전압은, 사용 상한 전압까지 도달해 있지 않다. 따라서, 충전량 C11(도 13a)에 대하여, 충전량이 C12로 나타낸 바와 같이 충전량은 감소하게 된다.

이 문제를 해결하기 위해서, 도 14a 및 도 14b에 도시한 바와 같이, 전지 셀 BT2가 사용 상한 전압에 도달한 시점에서 가장 용량이 많은(최고 전위) 전지 셀 BT2로부터 용량이 가장 적은(최저 전위) 전지 셀 BT1에 전력을 이동시켜서 남아 있는 용량을 거의 동일한 것으로 한다. 전지 셀 BT1, BT2 및 BT3을 충전함으로써, 3개의 전지 셀을 거의 만충전 전압까지 충전할 수 있다. 실제로는, 복수회의 처리를 반복해서 행한다.

이와 같은 제어는 액티브 톱 셀 밸런스 제어라고 불린다. 톱 셀 밸런스 제어에 의해 충전할 수 있는 양의 감소를 방지할 수 있다. 도 14a에 도시한 상태에서, 가장 전위가 낮은 전지 셀 BT1과 전위를 맞추도록, 전지 셀 BT2 및 BT3을 방전하는 방식은, 패시브 톱 셀 밸런스 제어라고 불린다. 패시브 방식과 비교해서 액티브 방식 쪽이 용량을 유효하게 이용할 수 있으므로 바람직하다.

종래의 셀 밸런스 제어 회로

도 15a, 도 15b 및 도 16을 참조해서 플라이백 트랜스포머를 사용하는 종래의 액티브 보텀 셀 밸런스 회로의 일례에 대해서 설명한다. 각 전지 셀의 정극 및 부극는 1차 코일 W1~W6의 양단부에 접속된다. 6개의 전지 셀 BT1~BT6의 직렬 접속의 정극 및 부극는 2차 코일 W0의 양단부에 접속된다. 또한, 공통의 자기 코어 M이 제공된다. 또한, 2차 코일 W0는 직렬로 2차 스위치 S0에 접속되고, 1차 코일 W1~W6은 각각 직렬로 1차 스위치 S1~S6에 접속된다. 스위치 S0~S6은 예를 들어, MOS(Metal Oxide Semiconductor) FET로 구성된다.

도 16은 도 15a 및 도 15b에 도시된 액티브 보텀 셀 밸런스 회로의 동작의 타이밍차트이다. 일례로서, 도시하지 않은 모니터부에 의해 전지 셀 BT1~BT6의 각 전압이 검출되었고, 전지 셀 BT2의 전압이 가장 낮다고 검출되었다. 이 경우에, 다른 전지 셀로부터 전지 셀 BT2로 전력이 이동된다. 우선, 도 15a 및 도 16의 (A)에 도시한 바와 같이, 스위치 S0이 온으로 되고, 코일 W0에 도 16의 (C)에 도시한 바와 같이, 전류 I1이 흘러, 자기 코어 M이 자화된다.

다음으로, 도 15b 및 도 16의 (B)에 도시한 바와 같이, 코일 W2와 직렬 접속된 1차 스위치 S2가 온되고, 또한 도 16의 (A)에 도시한 바와 같이, 2차 스위치 S0이 오프된다. 자기 코어 M의 자기 에너지가 방출되고, 1차 코일 W2에 도 16의 (D)에 도시한 바와 같이, 전류 I2가 흐른다. 이 전류 I2는 전지 셀 BT2에 흘러, 전지 셀 BT2가 충전된다.

그 후, 1차 스위치 S2는 도 16의 (B)에 도시한 바와 같이, 오프로 된다. 또한, 소정 시간의 포즈(pause) 시간이 이후에 이어진다. 이상의 2차 스위치 S0의 온 기간, 1차 스위치 S2의 온 기간 및 포즈 기간이 사이클 주기로 되어, 동작이 반복된다.

도 17a, 도 17b 및 도 18을 참조해서 종래의 액티브 톱 셀 밸런스 회로의 일례에 대해서 설명한다. 각 전지 셀의 정극 및 부극는 1차 코일 W1~W6의 양단부에 접속된다. 6개의 전지 셀 BT1~BT6의 직렬 접속의 정극 및 부극은 2차 코일 W0의 양단부에 접속된다. 또한, 공통의 자기 코어 M이 제공된다. 또한, 1차 코일 W1~W6은 각각 직렬로 1차 스위치 S1~S6에 접속된다. 2차 코일 W0는 직렬로 2차 스위치 S0에 접속되고, 스위치 S0~S6는 예를 들어 MOSFET로 구성된다.

도 18은 도 17a 및 도 17b에 도시된 액티브 톱 셀 밸런스 회로의 동작의 타이밍차트이다. 일례로서, 도시하지 않은 모니터부에 의해 전지 셀 BT1~BT6의 각 전압이 검출되었고, 전지 셀 BT5의 전압이 가장 높다고 검출되었다. 이 경우에, 전지 셀 BT5로부터 다른 전지 셀에 대하여 전력이 이동된다. 우선, 도 17a 및 도 18의 (B)에 도시한 바와 같이, 스위치 S5가 온으로 되고, 코일 W5에 도 18의 (D)에 도시한 바와 같이, 전류 I1이 흘러, 자기 코어 M이 자화된다.

다음으로, 도 17b 및 도 18의 (A)에 도시한 바와 같이, 2차 스위치 S0은 온되고, 또한 도 18의 (B)에 도시한 바와 같이, 1차 스위치 S5가 오프된다. 자기 코어 M의 전자기 에너지에 의해, 2차 코일 W0에 도 18의 (C)에 도시한 바와 같이, 전류 I2가 흐른다. 이 전류 I2가 전지 셀 BT1~BT6의 직렬 접속에 흘러, 각 전지 셀에 전력이 분배된다.

그 후, 2차 스위치 S0이 도 18의 (A)에 도시한 바와 같이, 오프로 된다. 또한, 소정 시간의 포즈 시간이 이후에 이어진다. 이상의 1차 스위치 S5의 온 기간, 2차 스위치 S0의 온 기간 및 포즈 기간이 사이클 주기로 되어, 동작이 반복된다.

모듈간 밸런스 회로

상술한 종래의 밸런스 회로는 전지 셀에 관한 것으로서, 도 1~도 6을 참조해서 설명한 모듈간 밸런스에 본 회로를 적용한 경우, 문제가 발생한다. 또한, 모듈간 밸런스는 각 축전 모듈 내의 복수의 전지 셀 또는 복수의 전지 블록으로 이루어지는 전지부의 전압의 밸런스라는 것에 유의하라. 통상적으로, 모듈간 언밸런스가 모듈 내의 언밸런스에 비해서 큰 값을 갖는다. 축전 모듈마다의 밸런스 제어를 행한 결과로서, 모듈간의 언밸런스를 제거하는 것도 가능하지만, 처리에 필요로 하는 시간이 길어진다. 그러나, 모듈간 밸런스 제어와 상술한 종래의 셀 밸런스 제어를 병용해도 된다. 이 경우에, 일례로서, 모듈간 밸런스 제어가 먼저 이루어지고, 그 후, 모듈 내의 밸런스 제어가 이루어진다.

종래의 셀 밸런스 회로를 그대로 액티브 모듈간 밸런스 회로에 적용한 구성을 도 19에 도시한다. 예를 들어 14개의 모듈간의 밸런스 제어가 이루어진다. 전지 블록 그룹 BB1~BB14가 직렬 접속된다. 각 전지 블록 그룹은 8개의 전지 셀이 병렬 접속되고, 8개의 전지 셀의 병렬 접속(전지 블록)이 16개 직렬 접속된 구성(소위 (8P16S))을 갖는다. 예를 들어, 하나의 전지 블록 그룹이 (3.2V×16=51.2V)의 전압을 발생한다. 따라서, 14개의 전지 블록 그룹 BB1~BB14의 직렬 접속은, (51.2V×14=716.8V)의 전압을 발생한다.

14개의 전지 블록 그룹의 직렬 접속의 정극측 및 부극측과 2차 코일 W0의 양단부가 접속된다. 또한, 공통의 자기 코어 M이 설치되어 있다. 또한, 2차 코일 W0은 직렬로 2차 스위치 S0에 접속되고, 1차 코일 W1~W14은 각각 직렬로 1차 스위치 S1~S14에 접속된다. 스위치 S0~S14는 예를 들어 MOSFET로 구성된다.

도 19의 구성에서의 액티브 보텀 셀 밸런스 동작은 스위치 S0을 온으로 하여, 2차 코일 W0에 흐르는 전류에 의해 자기 코어 M을 자화시키고, 다음으로, 전압이 가장 낮은 축전 모듈의 1차 스위치를 온으로 하여, 1차 코일에 전송된 전자기 에너지에 의해 당해 축전 모듈의 전지 블록 그룹을 충전한다. 일례로서, 전지 블록 그룹 BB2의 전압이 32.0V이며, 다른 전지 블록 그룹의 전압이 32.6V인 경우에는, 2차 스위치 S0을 소정 시간동안 온으로 한 후에, 스위치 S0이 오프되고, 또한 전지 블록 그룹 BB2의 1차 스위치 S2가 온으로 된다. 1차 코일 W2를 흐르는 전류에 의해, 전지 블록 그룹 BB2가 충전된다.

도 19의 구성에서의 액티브 톱 셀 밸런스 동작은 전압이 가장 높은 전지 블록 그룹의 1차 코일에 접속된 스위치를 온으로 하고, 다음으로, 당해 스위치를 오프로 하고, 또한 스위치 S0을 온으로 하여, 2차 코일 W0에 전류를 흘리고, 전지 블록 그룹 BB1~BB14를 충전한다. 일례로서, 전지 블록 그룹 BB2의 전압이 56.5V이며, 다른 전지 블록 그룹의 전압이 55.9V인 경우에는, 1차 스위치 S2를 소정 시간동안 온으로 한 후에, 스위치 S2가 오프되고, 또한 2차 스위치 S0이 온으로 된다. 2차 코일 W0을 흐르는 전류에 의해, 전지 블록 그룹 BB1~BB14가 충전된다.

도 19의 구성에서는, 트랜스포머의 자기 코어 M이 공유되기 때문에, 복수, 예를 들어 14개의 축전 모듈을 개별 케이스에 수납해서 구성하는 것이 곤란하다. 이 경우에, 자기 코어, 코일 및 스위치로 이루어지는 트랜스포머 부분을 14개의 축전 모듈과는 다른 케이스에 수납해서 트랜스포머 장치를 구성하고, 이 트랜스포머 장치를 중심으로 하는 스타 형상으로 14개의 축전 모듈이 접속된다. 이러한 스타 형상의 구성은 축전 모듈수가 많으면 스타 형상의 배선이 복잡하게 되는 문제가 있다.

종래 기술에 따른 모듈간 밸런스 회로의 문제점

도 19의 구성에서는, 2차 코일 W0 및 스위치 S0의 직렬 회로에는, 직렬 접속된 14개의 전지 블록 그룹에 의해 716.8V의 전압이 인가된다. 실제로 사용하는 경우에 필요한 내압은, 인가 전압의 3배 정도로 되므로, 스위치 S0을 구성하는 FET 등의 반도체 스위치 소자의 내압은 2000V 이상으로 된다. 이러한 내압의 반도체 스위치 소자를 필요로 하는 도 19의 구성은 실현이 곤란하다.

도 20에 도시한 바와 같이, 자기 코어 M을 14개의 자기 코어 M1~M14로 분할하고, 2차 코일 W0을 14개의 2차 코일 W01~W014로 분할한다. 따라서, 14개의 축전 모듈을 분리해서 케이스 수납할 수 있다. 도 20의 구성에서는, 1차 스위치 S01~S014의 각각에 716.8V의 전압이 인가된다. 그러나, 도 20의 구성은, 플라이백 트랜스포머가 개별적으로 구성되고, 그 1차 및 2차 스위치도 각 코일에 각각 접속되어 독립적으로 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이, 복수의 전지 블록 그룹으로부터 병렬로 전력을 추출하거나, 복수의 전지 블록 그룹에 병렬로 전력을 공급하는 제어가 가능하게 된다. 게다가, 스위칭 동작의 온 기간의 길이를 제어함으로써, 전력량을 제어할 수 있다.

본 개시에 따른 모듈간 밸런스 회로

도 21에 도시한 바와 같이, 본 개시에서는, 1차 코일 W1, 2차 코일 W01, 및 자기 코어 M1에 의해, 플라이백 트랜스포머 T1이 구성된다. 1차 코일 W1과 스위치 S1은 직렬 접속되고, 2차 코일 W01과 스위치 S01은 직렬 접속된다. 마찬가지로, 1차 코일 W2~W14, 2차 코일 W02~W014, 및 자기 코어 M2~M14에 의해, 플라이백 트랜스포머 T2~T14가 구성된다. 1차 코일 W2~W14와 스위치 S2~S14는 직렬로 접속된다. 2차 코일 W02~W014와 스위치 S02~S014는 직렬로 접속된다.

플라이백 트랜스포머 T1의 1차 코일 W1과 스위치 S1의 직렬 회로는 축전 모듈의 전지 블록 그룹 BB1의 정측 및 부측에 접속된다. 다른 1차 코일 W2~W14와 스위치 S2~S14의 각각의 직렬 회로는 축전 모듈의 전지 블록 그룹 BB2~BB14의 정측 및 부측에 직렬로 접속된다.

축전 소자(51)가 제공되고, 축전 소자(51)에 의해 공통 전원 전압 CV가 발생한다. 공통 전원 전압 CV는 전지 블록 그룹의 직렬 접속의 전체 전압 716.8V보다도 낮은 전압으로 된다. 바람직하게는, 공통 전원 전압 CV는 2차 스위치의 내압의 대략 1/3의 전압 이하로 설정된다. 예를 들어, 공통 전원 전압 CV는 전지 블록 그룹의 단위 전압(51.2V)과 거의 동일한 값으로 설정된다. 공통 전원 전압 CV의 전위는 토털 방전 전류와 토털 충전 전류를 제어함으로써, 넘치거나 고갈되지 않고, 원하는 전압이 되도록 제어된다.

축전 소자(51)는 전지, 콘덴서 등이다. 한쪽의 공통 전원 라인 CL+는 공통 전원 전압 CV로 되고, 다른 쪽의 공통 전원 라인 CL-는 0V로 된다. 다른 쪽의 공통 전원 라인 CL-는 복수의 축전 모듈의 전지 블록 그룹의 직렬 접속의 전원(V-)과는 접속되어 있지 않은 다른 전원으로 되어 있다. 그러나, 공통 전원 라인 CL-를 전원 V-에 접속해도 된다. 분할된 1차 코일 W01~W014의 일단부는 공통 전원 라인 CL+에 각각 접속되고, 분할된 2차 코일 W01~W014의 타단부는 스위치 S01~S014를 통하여 공통 전원 라인 CL-에 각각 접속된다.

스위치 S0~S14 및 스위치 S01~S014는 예를 들어, MOSFET로 구성된다. 도 22에 도시한 바와 같이, 예를 들어 플라이백 트랜스포머 T1의 스위치 S01은 MOSFET Q01과 그 드레인과 소스간에 접속된 다이오드 D01로 구성되고, 스위치 S1은 MOSFET Q01과 그 드레인과 소스간에 접속된 다이오드 D1으로 구성된다. 스위치의 온/오프는 컨트롤 박스 ICNT의 제어부로부터의 컨트롤 신호에 의해 제어된다. 컨트롤 박스 ICNT는 각 축전 모듈의 모듈 컨트롤러 CNT로부터의 전압 감시 결과로서의 정보를 수신하여, 컨트롤 신호(펄스 신호)를 생성한다. 또한, MOSFET 이외에, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 반도체 스위치 소자를 사용해도 된다는 것에 유의하라. 또한, 소스에서 드레인 방향으로 흐르는 전류에 대해서는, 컨트롤 신호없이, 다이오드를 통해서 스위치(MOSFET와 그 드레인과 소스간에 접속된 다이오드로 구성됨)에 자동적으로 전류가 흐른다(스위치는 자동적으로 온된다).

2차 코일 W01~W014와 스위치 S01~S014의 직렬 회로에는, 공통 전원 전압 CV가 인가된다. 예를 들어, 1차 코일 및 스위치에 인가되는 전압과 동일한 전압(51.2V)에 공통 전원 전압 CV를 설정함으로써, 2차 스위치 S01~S014의 내압을 154V 정도로 설정할 수 있다. 이러한 내압은 2차 스위치 S01~S014를 구성하는 반도체 스위치에 있어서 그다지 높은 값이 아니기에, 모듈간 밸런스 회로를 구성하는 것이 용이하게 된다.

플라이백 트랜스포머 T1~T14의 각각에 관련하여, 1차 코일과 2차 코일간의 권선비는 1로 한정되지 않지만, 1차측과 2차측 사이에서 위상이 반전된다. 또한, 플라이백 트랜스포머 T1~T14는 쌍방향으로 전력을 전송할 수 있다. 따라서, 1차측 및 2차측의 표기는 편의를 위한 것이며, 1차측으로부터 2차측으로의 전력 전송, 및 2차측으로부터 1차측으로의 전력 전송 중 어느 것도 가능하다.

플라이백 트랜스포머 T1을 예로 들면, 스위치 S1 및 S01이 오프의 상태로부터 스위치 S1이 온되면, 코일 W1에 전류가 흐르고, 자기 코어 M1이 자화된다. 스위치 S1이 온되고 있는 기간동안 코일 W1에는, 시간에 걸쳐서 증가하는 전류가 흐른다. 다음으로, 스위치 S1을 오프로 하고, 스위치 S01을 온으로 하면, 자기 코어가 자화되어 있으므로, 코일 W01에는, 스위치 S01을 통해서 전류가 흐른다. 이 전류는 시간에 걸쳐서 감소한다. 다른 플라이백 트랜스포머의 동작도 마찬가지이다. 플라이백 트랜스포머는 결합 인덕터로서의 기능을 갖는다.

도 21의 구성에서의 액티브 보텀 셀 밸런스 동작에서는, 1차 스위치를 제어함으로써, 가장 전압이 높은 전지 블록 그룹으로부터 축전 소자(51)로 전력이 이동된다. 또한, 2차 스위치를 제어함으로써, 전압이 가장 낮은 축전 모듈의 전지 블록 그룹으로 전력이 이동된다. 이와 같이, 본 개시의 일 실시 형태에 따른 모듈간 밸런스 회로는 쌍방향 플라이백 트랜스포머를 2단 통해서 전력을 이동시킨다.

일례로서, 전지 블록 그룹 BB3의 전압은 가장 높은 전압 32.6V이며, 전지 블록 그룹 BB2의 전압은 가장 낮은 전압 32.0V인 경우의 동작을 설명한다. 우선, 스위치 S3이 온으로 되고, 전지 블록 그룹 BB3을 전원으로 하는 플라이백 트랜스포머 T3의 1차 코일 W3에 전류가 흐른다. 다음으로, 스위치 S3이 오프로 되고, 스위치 S03이 온으로 된다. 전자기 에너지에 의해, 2차 코일 W03에 전류가 흐르고, 축전 소자(51)가 충전된다.

다음으로, 스위치 S03은 오프로 되고, 또한 스위치 S02가 온으로 되고, 축전 소자(51)에 의해, 플라이백 트랜스포머 T2의 2차 코일 W02에 전류가 흐른다. 다음으로, 스위치 S02는 오프로 되고, 또한 스위치 S2는 온으로 되고, 1차 코일 W2에 흐르는 전류에 의해, 전지 블록 그룹 BB2가 충전된다. 이와 같이 하여, 액티브 보텀 셀 밸런스 동작이 이루어진다.

도 21의 구성에서의 액티브 톱 셀 밸런스 동작에서는, 1차 스위치를 제어함으로써, 가장 전압이 높은 전지 블록 그룹으로부터 축전 소자(51)로 전력이 이동된다. 또한, 2차 스위치를 제어함으로써, 전압이 가장 낮은 축전 모듈의 전지 블록 그룹에 전력이 이동된다. 이와 같이, 본 개시의 일 실시 형태에 따른 모듈간 밸런스 회로는 쌍방향 플라이백 트랜스포머를 2단 통해서 전력을 이동시킨다.

일례로서, 전지 블록 그룹 BB3의 전압이 가장 높은 전압 56.5V이며, 전지 블록 그룹 BB2의 전압이 가장 낮은 전압 55.9V인 경우의 동작을 설명한다. 우선, 플라이백 트랜스포머 T3의 스위치 S3은 온으로 되고, 전지 블록 그룹 BB3을 전원으로 하는 1차 코일 W3에 전류가 흐른다. 다음으로, 스위치 S3이 오프로 되고, 스위치 S03이 온으로 된다. 전자 에너지에 의해, 2차 코일 W03에 전류가 흐르고, 축전 소자(51)가 충전된다.

다음으로, 스위치 S03이 오프로 되고, 또한 플라이백 트랜스포머 T2의 스위치 S02가 온으로 되고, 축전 소자(51)에 의해, 2차 코일 W02에 전류가 흐른다. 다음으로, 스위치 S02가 오프로 되고, 또한 스위치 S2가 온으로 되고, 1차 코일 W2에 흐르는 전류에 의해, 전지 블록 그룹 BB2가 충전된다. 이와 같이 하여, 액티브 톱 셀 밸런스 동작이 이루어진다.

도 23 및 도 24를 참조해서 액티브 톱 셀 밸런스 동작에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 도 23에 도시한 바와 같이, 플라이백 트랜스포머 T3의 코일 W3을 흐르는 전류를 i1으로 하고, 코일 W03을 흐르는 전류를 i2로 표기한다. 전류 i1 및 i2는 역위상이다. 플라이백 트랜스포머 T2의 코일 W02를 흐르는 전류를 i3으로 하고, 코일 W2를 흐르는 전류를 i4로 표기한다. 전류 i3 및 i4는 역위상이다. 또한, 동작 개시 시에 축전 소자(51)가 충분히 충전되어 있는 것으로 한다.

도 24의 타이밍차트에 나타낸 바와 같이, 플라이백 트랜스포머 T3을 통해서 이루어지는 전력 전송과, 플라이백 트랜스포머 T2를 통해서 이루어지는 전력 전송이 병행하여 이루어진다. 우선, 도 24의 (A) 및 (C)에 도시한 바와 같이, 스위치 S3 및 S02는 동일한 기간동안 온으로 된다. 스위치 S3의 온에 의해, 도 24의 (E)에 도시한 바와 같이, 서서히 증대하는 전류 i1이 코일 W3에 흐른다. 스위치 S02의 온에 의해, 도 24의 (G)에 도시한 바와 같이, 서서히 증대하는 전류 i3이 코일 W02에 흐른다. 전류 i3는 축전 소자(51)에 방전 방향으로 흐른다.

다음으로, 스위치 소자 S3 및 S02가 오프로 되고, 도 24의 (B) 및 (D)에 도시한 바와 같이, 스위치 S03 및 S2는 동일한 기간동안 온으로 된다. 스위치 S03의 온에 의해, 도 24의 (F)에 도시한 바와 같이, 서서히 감소하는 전류 i2가 코일 W03에 흐른다. 전류 i2가 축전 소자(51)에 충전 방향으로 흐른다. 전류 i2에 의한 축전 소자(51)에 대한 충전에 의해, 전지 블록 그룹 BB3으로부터 전력이 축전 소자(51)로 이동된다.

스위치 S2의 온에 의해, 도 24의 (H)에 도시한 바와 같이, 서서히 감소하는 전류 i4가 코일 W2에 흐른다. 전류 i4는 전지 블록 그룹 BB2를 충전하는 방향으로 흐른다. 전류 i4에 의한 충전에 의해, 축전 소자(51)의 전력은 전지 블록 그룹 BB2로 이동된다. 또한, 실제의 전력 전송은 1회의 스위칭 동작이 아니고, 복수회의 스위칭 동작에 의해, 조금씩 전력을 이동시키도록 이루어진다는 것에 유의하라. 또한, 스위치에 대한 펄스 신호를 펄스폭 변조하여, 스위치의 온 기간을 제어함으로써, 전력의 이동량을 원하는 양으로 설정할 수 있다. 또한, 도 24에서, 스위치 S3과 S02는 동기적인 방식으로 기술하고 있지만, 실제로는, 공통 전원 전압 CV는 어느 정도의 폭을 허용할 경우 동기 관계가 없어도 상관없다.

본 개시에 의한 모듈간 밸런스 회로의 변형예

상술한 본 개시의 일 실시 형태에 따른 모듈간 밸런스 회로에서는, 하나의 플라이백 트랜스포머를 통해서 추출한 전력을 하나의 플라이백 트랜스포머를 통해서 이동시켰다. 그러나, 복수의 플라이백 트랜스포머를 통해서 전력을 추출할 수도 있다. 예를 들어, 전압이 최대인 축전 모듈과 전압이 2번째로 큰 축전 모듈의 2개로부터 전력을 추출할 수도 있다. 또한, 추출한 전력을 복수의 플라이백 트랜스포머를 통해서 이동시킬 수도 있다. 예를 들어, 전압이 최저인 축전 모듈과 전압이 2번째로 작은 축전 모듈의 2개에 전력을 공급할 수도 있다. 예를 들어, 상술한 도 21의 구성에서, 플라이백 트랜스포머 T14를 통해서 소전류로 전력을 추출하고, 동시에, 플라이백 트랜스포머 T3을 통해서 대전류로 전력을 추출한다. 또한, 전력의 추출과 동시에, 플라이백 트랜스포머 T1 및 T2 각각을 통하여 중전류로 전력을 공급할 수 있다.

도 25에 도시한 바와 같이, 각 축전 모듈의 플라이백 트랜스포머 T1~T14 각각의 2차측에서, 공통 전원 라인 CL+와 공통 전원 라인 CL- 사이에 콘덴서 C1~C14를 삽입한다. 콘덴서 C1~C14에 의해, 고주파 성분을 감소시킴으로써, 공통 전원 라인 CL+ 및 CL-에 발생하는 전압은 직류 전원으로서 출력될 수 있다. 이 직류 전원은 컨트롤 박스 ICNT의 전원으로서 공급될 수도 있다.

또한, 도 26에 도시한 바와 같이, 모든 축전 모듈에 대하여 공통으로 플라이백 트랜스포머 Tx를 제공할 수도 있다. 플라이백 트랜스포머 Tx는 1차 코일 Wy, 2차 코일 Wx, 및 자기 코어 Tx로 이루어진다. 코일 Wx와 스위치 Sx는 직렬 접속된다. 코일 Wy와 스위치 Sy는 직렬 접속된다. 플라이백 트랜스포머 Tx의 2차 코일 Wx의 일단부는 단자(52)와 접속되고, 그 타단은 스위치 Sx를 개재해서 0V의 라인에 접속된다. 단자(52)는 공통 전원 전압 CV 단자에 접속된다.

1차 코일 Wy의 일단부는 복수, 예를 들어 14개의 축전 모듈의 전지 블록 그룹 BB1~BB14의 직렬 접속의 정측(V+)과 접속된다. 1차 코일 Wy의 타단부는 전지 블록 그룹 BB1~BB14의 직렬 접속의 부측(V-)과 접속된다. 도 21의 구성과 마찬가지로, 플라이백 트랜스포머 T1~T14 및 축전 소자(51)는 전지 블록 그룹 BB1~BB14에 접속되고, 상술한 바와 같은 모듈간 밸런스 제어가 이루어진다.

도 26에 도시하는 구성에 따르면, 플라이백 트랜스포머 Tx를 통하여, 모든 축전 모듈의 전지 블록 그룹에 전력을 한번에 공급할 수 있으며, 모듈간 밸런스 제어의 동작의 변형을 늘릴 수 있다.

또한, 본 개시에서는, 플라이백 컨버터 방식 이외의 포워드 컨버터 방식, RCC(Ringing Choke Converter) 방식 등의 전자기 결합 방식을 사용하는 전력 전송 장치를 사용할 수 있다.

도 27은 본 개시의 응용예를 나타내고, 축전 모듈 MOD1~MOD14(도 21에 도시하는 구성)에 대하여 축전 모듈 MOD101~MOD104로 이루어지는 다른 축전 시스템을 접속한다. 공통 전원 라인 CL+ 및 CL-는 공통 전원 전압 CV가 2개의 축전 시스템 사이에서 공통된 관계에 있으면, 다른 축전 시스템에 대해서도 접속하는 것이 가능하다. 즉, 접속될 축전 모듈수를 증가시키는 것이 용이하다.

도 28은 축전 모듈, 예를 들어 축전 모듈 MOD1 및 MOD2로 이루어지는 축전 시스템의 전체의 구성의 일례를 도시한다. 상술한 모듈간 밸런스 제어 회로의 플라이백 트랜스포머 T1의 1차 스위치(MOSFET) S1 및 S2에 대한 컨트롤 펄스가 각각 펄스 발생기(53)로부터 공급된다. 펄스 발생기(53)는 모듈 컨트롤러 CNT1 및 CNT2의 제어부로부터의 컨트롤 신호에 따라서 컨트롤 펄스를 발생한다. 예를 들어, 펄스 발생기(53)는 펄스폭 변조된 컨트롤 펄스를 출력한다. 플라이백 트랜스포머 T1, T2의 2차 스위치(MOSFET) S01, S02에 대한 컨트롤 펄스는 각각 통신부 COM1, COM2 내의 MCU(MicroController Unit)로부터 공급된다.

컨트롤 박스 ICNT는 각 모듈의 전압 정보로부터 모듈간 밸런스의 시퀀스를 결정한다. 컨트롤 박스 ICNT는 각 모듈의 통신부 COM1, COM2 내의 MCU에 모듈간 밸런스의 충방전의 유무를 개별적으로 전달한다. 각 MCU는 각 플라이백 트랜스포머의 2차측에 직접적으로 컨트롤 신호를 공급하거나, 절연부 ISC를 통한 절연 통신에 의해 컨트롤 신호를 각 플라이백 트랜스포머의 1차측에 전송한다.

컨트롤 신호가 1차측과 2차측에서 개별의 회로 블록으로부터 공급되고 있는 것은, 컨트롤 신호의 레벨이 상이하기 때문이다. 또한, 상술한 동작과 병행해서 컨트롤 박스 ICNT는 공통 전원 전압 CV가 공급되는 전원 라인 CL+와 CL-간의 전압을 측정하고, 공통 전원 전압 CV가 원하는 전압으로 되도록 모듈간 밸런스의 전체의 제어를 행한다.

본 개시에 의한 축전 장치의 이점

본 개시의 일 실시 형태에 따른 모듈간 밸런스 회로에서, 각 모듈의 플라이백 트랜스포머는 개별적으로 구성되어 있으며, 자기 코어를 공유하는 구성과 달리, 스타 형상 배선을 행할 필요가 없어, 배선을 간단하게 할 수 있다.

본 개시의 일 실시 형태에 따른 모듈간 밸런스 회로에서, 플라이백 트랜스포머의 1차측의 코일 및 스위치에는, 각 축전 모듈의 전지 블록 그룹의 양단부의 전압이 인가되고, 2차측의 코일 및 스위치에는, 공통 전원 전압 CV가 인가된다. 공통 전원 전압 CV는 각 축전 모듈의 전지 블록 그룹의 양단부의 전압과 동일한 값으로 된다. 따라서, 모든 축전 모듈의 직렬 접속의 전압은 코일 및 스위치에 인가되지 않기 때문에, 코일 및 스위치로서 내압이 낮은 것을 사용할 수 있는 이점이 있다.

본 개시에서는, 플라이백 트랜스포머의 1차 스위치 S1~S14 및 2차 스위치 S01~S014를 독립된 컨트롤 펄스 신호에 의해 제어할 수 있다. 따라서, 원하는 복수의 플라이백 트랜스포머를 통해서 전력의 전송을 행할 수 있다. 또한, 스위칭 동작의 온 기간의 길이를 설정함으로써, 플라이백 트랜스포머를 통해서 이동시키는 전력량을 개별적으로 제어할 수 있다. 즉, 이동시키는 전력량에 대응해서 스위치를 온시키는 기간을 길게 하면, 이동시키는 전력량을 가변할 수 있다.

또한, 복수의 축전 모듈의 출력 단자 V+와 V-간에는, 대전류가 흐르기 때문에, 비교적 큰 노이즈가 발생하는 경향이 있다. 그러나, 공통 전원 전압 CV는 출력 단자 V+ 및 V-와 절연되어 있기 때문에, 부하 전류의 변동에 의한 노이즈의 영향을 적게 할 수 있다.

노이즈의 영향이 적은 공통 전원 전압 CV를 컨트롤 박스 ICNT의 전원으로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 공통 전원 전압 CV의 값을 제어부의 전원 전압과 동일한 값(+5V, +12V 등)으로 해도 된다. 공통 전원 전압 CV를 컨트롤 박스 ICNT의 전원으로서 사용하는 경우에는, 컨트롤 박스 ICNT의 전원은 축전 모듈의 전압 변동의 영향을 받지 않도록 할 수 있다.

이상의 설명은 본 개시를 모듈간 밸런스 회로에 대하여 적용한 경우이지만, 본 개시는 셀간 밸런스에 대해서도 적용할 수 있다. 구체적으로, 상술한 도 21에 도시하는 구성에서, 전지 블록 그룹 BB1~BB14를 각각 전지 셀로 대체하는 것에 의해, 셀간 밸런스 회로를 실현할 수 있다. 셀간 밸런스 회로에 본 개시를 적용한 경우라도, 상술한 모듈간 밸런스 회로와 마찬가지의 이점이 얻어진다.

도 29에 일반적인 구성으로서 나타낸 바와 같이, 본 개시는 셀간 밸런스 회로에 적용할 수 있다. 도 29에서, n개의 전지 셀 B11~B1n은 직렬 접속되고, 또한, 전지 셀의 직렬 접속이 m개 병렬 접속되어 있다. 각 전지 셀에 대하여 플라이백 트랜스포머 T11~T1n, ..., Tm1~Tmn의 1차 코일이 병렬 접속되고, 1차 코일과 직렬로 1차 스위치 S11~S1n, ..., Sm1~Smn이 접속된다. 각 플라이백 트랜스포머의 2차 코일의 일단부는 공통 전원 전압 CV의 전원 라인 CL+에 접속되고, 2차 코일의 타단부는 2차 스위치 S011~S01n, ..., S0m1~S0mn을 각각 직렬로 개재해서 공통 전원 전압 CV의 전원 라인 CL-에 접속된다.

또한, 본 개시는 이하와 같은 구성도 구비할 수 있다는 것에 유의하라.

일 실시 형태에서, 상기 축전 모듈 각각은 별개의 하우징내에 제공되고, 복수의 서브 모듈은 각 하우징내에 제공되고, 복수의 전지 블록 그룹은 각각의 상기 서브 모듈내에 제공된다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 모듈 각각은 각각의 상기 전지 블록 그룹의 충전 및 방전을 개별적으로 제어하도록 구성된 모듈 컨트롤러를 포함한다.

일 실시 형태에서, 상기 모듈 컨트롤러 각각은 공통 제어 소자에 버스를 통해 접속된다.

일 실시 형태에서, 상기 모듈 컨트롤러는 각각의 상기 전지 블록 그룹의 충전 또는 방전을 위한 온-기간의 길이를 제어하는 스위칭 동작을 개시하도록 구성된다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 모듈 각각은 커플링 인덕터로서 구성된 플라이백 트랜스포머를 더 포함하고, 상기 플라이백 트랜스포머는 각기 상기 자기 코어들 중 상이한 하나의 자기 코어; 상기 자기 코어에 접속된 1차 코일; 및 상기 자기 코어에 접속된 2차 코일을 포함하고, 상기 1차 코일과 각각의 상기 전지 블록 그룹에 1차 스위치가 직렬로 접속되고, 상기 2차 코일에 2차 스위치가 직렬로 접속된다.

일 실시 형태에서, 각각의 축전 모듈은 각각의 상기 플라이백 트랜스포머의 1차 스위치와 2차 스위치를 컨트롤 펄스 신호를 통해 제어함으로써 각각의 상기 전지 블록 그룹의 충전 및 방전을 개별적으로 제어하도록 구성된 모듈 컨트롤러를 포함한다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 모듈 각각에서, 상기 2차 스위치는 공통 포지티브 전원 라인 및 공통 네거티브 전원 라인에 접속된다.

일 실시 형태에서, 상기 공통 포지티브 전원 라인과 상기 공통 네거티브 전원 라인 사이에 축전 소자가 삽입된다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 소자는 캐패시터이다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 모듈 각각에서, 상기 2차 코일은 공통 포지티브 전원 라인 및 공통 네거티브 전원 라인에 접속된다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 소자는 캐패시터이다.

다른 실시 형태에서, 전지 디바이스는 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 블록 그룹과, 상기 전지 블록 그룹에 접속되며 단 하나의 전지 블록 그룹과 동작하도록 구성된 자기 코어를 포함하는 축전 모듈을 포함한다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 모듈은 하우징내에 제공되고, 복수의 서브 모듈은 상기 하우징내에 제공되고, 복수의 전지 블록 그룹은 각각의 상기 서브 모듈내에 제공된다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 모듈은 상기 전지 블록 그룹의 충전 및 방전을 제어하도록 구성된 모듈 컨트롤러를 포함한다.

일 실시 형태에서, 상기 모듈 컨트롤러는 상기 전지 블록 그룹의 충전 또는 방전을 위한 온-기간의 길이를 제어하는 스위칭 동작을 개시하도록 구성된다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 모듈은 커플링 인덕터로서 구성된 플라이백 트랜스포머를 더 포함하고, 상기 플라이백 트랜스포머는 상기 자기 코어; 상기 자기 코어에 접속된 1차 코일; 및 상기 자기 코어에 접속된 2차 코일을 포함하고, 상기 1차 코일과 상기 전지 블록 그룹에 1차 스위치가 직렬로 접속되고, 상기 2차 코일에 2차 스위치가 직렬로 접속된다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 모듈은 상기 플라이백 트랜스포머의 1차 스위치와 2차 스위치를 컨트롤 펄스 신호를 통해 제어함으로써 상기 전지 블록 그룹의 충전 및 방전을 제어하도록 구성된 모듈 컨트롤러를 포함한다.

일 실시 형태에서, 상기 2차 스위치는 공통 포지티브 전원 라인 및 공통 네거티브 전원 라인에 접속된다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 소자는 캐패시터이다.

일 실시 형태에서, 상기 2차 코일은 공통 포지티브 전원 라인 및 공통 네거티브 전원 라인에 접속된다.

상기 축전 소자는 캐패시터이다.

다른 실시 형태에서, 제어 디바이스는 자기 코어, 상기 자기 코어에 1차 코일을 통해 전기적으로 접속된 1차 스위치, 상기 자기 코어에 2차 코일을 통해 전기적으로 접속된 2차 스위치, 및 모듈 컨트롤러를 포함하는 축전 모듈을 포함한다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 모듈은 하우징내에 제공되고, 복수의 전지 블록 그룹은 각각의 서브 모듈내에 제공되고, 각각의 전지 블록 그룹은 복수의 전지 셀을 포함한다.

일 실시 형태에서, 상기 모듈 컨트롤러는 상기 자기 코어에 접속되는 전지 블록 그룹의 충전 및 방전을 제어하도록 구성된다.

일 실시 형태에서, 상기 모듈 컨트롤러는 공통 제어 디바이스에 버스를 통해 접속된다.

일 실시 형태에서, 상기 모듈 컨트롤러는 상기 1차 스위치와 상기 2차 스위치를 컨트롤 펄스 신호를 통해 제어함으로써 상기 전지 블록 그룹의 충전 및 방전을 제어하도록 구성된다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 모듈에서, 상기 2차 스위치는 공통 포지티브 전원 라인 및 공통 네거티브 전원 라인에 접속된다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 소자는 캐패시터이다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 모듈에서, 상기 2차 코일은 공통 포지티브 전원 라인 및 공통 네거티브 전원 라인에 접속된다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 소자는 캐패시터이다.

다른 실시 형태에서, 전동 차량은, 함께 직렬로 접속된 복수의 축전 모듈을 포함하는 전지 시스템 -상기 축전 모듈 각각은 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 블록 그룹과, 각 전지 블록 그룹에 접속된 상이한 자기 코어를 포함함- ; 및 상기 전지 시스템으로부터 전력을 공급받아서, 상기 전동 차량의 부품에 전력을 공급하도록 구성된 컨버터를 포함한다.

일 실시 형태에서, 상기 모듈 컨트롤러는 각각의 전지 블록 그룹의 충전 또는 방전을 위한 온-기간의 길이를 제어하는 스위칭 동작을 개시하도록 구성된다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 모듈 각각은 각각의 상기 플라이백 트랜스포머의 1차 스위치와 2차 스위치를 컨트롤 펄스 신호를 통해 제어함으로써 각각의 상기 전지 블록 그룹의 충전 및 방전을 개별적으로 제어하도록 구성된 모듈 컨트롤러를 포함한다.

일 실시 형태에서, 상기 축전 소자는 캐패시터이다.

응용예로서의 주택에서의 축전 시스템

본 개시를 주택용 축전 시스템에 적용한 예에 대해서, 도 30을 참조하여 설명한다. 예를 들어, 주택(101)용 축전 시스템(100)에서, 화력 발전(102a), 원자력 발전(102b), 수력 발전(102c) 등의 집중형 전력 계통(102)으로부터 전력망(109), 정보망(112), 스마트 미터(107), 파워 허브(108) 등을 통하여, 전력이 축전 장치(103)에 공급된다. 이와 함께, 가정내 발전 장치(104) 등의 독립 전원으로부터 전력이 축전 장치(103)에 공급된다. 축전 장치(103)로부터 공급된 전력이 축전된다. 축전 장치(103)를 사용하여, 주택(101)에서 사용하는 전력이 급전된다. 주택(101)에 한정되지 않고 빌딩에 대해서도 동일한 축전 시스템을 사용할 수 있다.

주택(101)에는, 발전 장치(104), 전력 소비 장치(105), 축전 장치(103), 각 장치를 제어하는 제어 장치(110), 스마트 미터(107), 각종 정보를 취득하는 다양한 센서(111)가 제공된다. 각 장치는 전력망(109) 및 정보망(112)에 의해 접속되어 있다. 발전 장치(104)로서, 태양 전지, 연료 전지 등이 사용되고, 생성된 전력이 전력 소비 장치(105) 및/또는 축전 장치(103)에 공급된다. 전력 소비 장치(105)는 냉장고(105a), 공조 장치(105b), 텔레비전 수신기(105c), 목욕탕(105d) 등이다. 또한, 전력 소비 장치(105)에는, 전동 차량(106)이 포함된다. 전동 차량(106)은 전기 자동차(106a), 하이브리드 카(106b) 또는 전기 바이크(106c)이다.

축전 장치(103)에 대하여, 상술한 본 개시의 일 실시 형태의 배터리 유닛이 적용된다. 축전 장치(103)는 2차 전지 또는 캐패시터로 구성되어 있다. 예를 들어, 축전 장치(103)는 리튬 이온 전지에 의해 구성되어 있다. 리튬 이온 전지는 고정형일 수 있거나 전동 차량(106)용으로 사용될 수도 있다. 스마트 미터(107)는 상용 전력의 사용량을 측정하고, 측정된 사용량을 전력 회사에 송신하는 기능을 구비하고 있다. 전력망(109)은 직류 급전, 교류 급전, 비접촉 급전 중 어느 하나 또는 2개 이상을 조합할 수도 있다.

각종 센서(111)는 사람 감지 센서, 조도 센서, 물체 검지 센서, 소비 전력 센서, 진동 센서, 접촉 센서, 온도 센서, 적외선 센서를 포함한다. 각종 센서(111)에 의해 취득된 정보는 제어 장치(110)에 송신된다. 센서(111)로부터의 정보에 따르면, 기상의 상태, 사람의 상태 등이 인식되고, 그에 따라 전력 소비 장치(105)를 자동적으로 제어함으로써 에너지 소비를 최소로 할 수 있다. 또한, 제어 장치(110)는 주택(101)에 관한 정보를 인터넷을 통해서 외부의 전력 회사 등에 송신할 수 있다.

파워 허브(108)에 의해, 전력선의 분기, 직류 교류 변환 등의 처리가 이루어진다. 제어 장치(110)와 접속되는 정보망(112)의 통신 방식으로서는, UART(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver: 비동기 시리얼 통신용 송수신 회로) 등의 통신 인터페이스를 사용하는 방법과, 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), 와이파이(Wi-Fi) 등의 무선 통신 규격에 따른 센서 네트워크를 이용하는 방법이 있다. 블루투스 방식은 멀티미디어 통신에 적용되고, 일대다수 접속의 통신을 행할 수 있다. 지그비는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.4 물리층을 사용한다. IEEE 802.15.4는 PAN(Personal Area Network) 또는 W(Wireless) PAN이라고 불리는 단거리 무선 네트워크 규격의 명칭이다.

제어 장치(110)는 외부의 서버(113)에 접속되어 있다. 이 서버(113)는 주택(101), 전력 회사, 서비스 제공자 중 어느 하나에 의해서 관리될 수 있다. 서버(113)가 송수신하는 정보는 예를 들어, 소비 전력 정보, 생활 패턴 정보, 전력 요금, 날씨 정보, 천재 정보, 전력 거래에 관한 정보이다. 이들 정보는 가정 내의 전력 소비 장치(예를 들어, 텔레비전 수신기)로부터 송수신되거나, 가정 밖의 전력 소비 장치(예를 들어, 휴대 전화기 등)로부터 송수신될 수 있다. 이들 정보는 표시 기능을 갖는 기기, 예를 들어, 텔레비전 수신기, 휴대 전화기, PDA(Personal Digital Assistants) 등에 표시될 수 있다.

각 부를 제어하는 제어 장치(110)는 CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), R0M(Read Only Memory) 등으로 구성된다. 이 예에서는, 제어 장치(110)는 축전 장치(103)에 수납되어 있다. 제어 장치(110)는 축전 장치(103), 가정내 발전 장치(104), 전력 소비 장치(105), 각종 센서(111), 서버(113)와 정보망(112)에 의해 접속되고, 예를 들어, 상용 전력의 사용량과, 생성량을 조정하는 기능을 갖고 있다. 이에 덧붙여서, 제어 장치(110)는 전력 시장에서 전력 거래를 행하는 기능 등을 구비할 수 있다는 것에 유의하라.

상술한 바와 같이, 전력이 화력(102a), 원자력(102b), 수력(102c) 등의 집중형 전력 계통(102)뿐만 아니라, 가정내 발전 장치(104)(태양광 발전, 풍력 발전)의 생성된 전력을 축전 장치(103)에 축적할 수 있다. 따라서, 가정내 발전 장치(104)의 생성된 전력이 변동해도, 외부에 송출하는 전력량을 일정하게 하거나, 또는 필요한 만큼 방전하는 등의 제어를 행할 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전에 의해 구해진 전력을 축전 장치(103)에 축적함과 함께, 야간에는 요금이 싼 심야 전력을 축전 장치(103)에 축적하고, 낮의 요금이 높은 시간대에 축전 장치(103)에 의해 축전한 전력을 방전해서 이용하는 등의 사용 방법도 활용가능하다.

이 예에서는, 제어 장치(110)가 축전 장치(103) 내에 수납되는 예를 설명했지만, 제어 장치(110)가 스마트 미터(107) 내에 수납되거나, 단독으로 구성될 수도 있다는 것에 유의하라. 또한, 축전 시스템(100)은 집합 주택에서의 복수의 가정을 대상으로 해서 사용될 수 있고, 또는 복수의 단독 주택을 대상으로 해서 사용될 수 있다.

응용예로서의 차량에서의 축전 시스템

본 개시를 차량용 축전 시스템에 적용한 예에 대해서, 도 31을 참조하여 설명한다. 도 31은 본 개시가 적용되는 시리즈 하이브리드 시스템을 채용하는 하이브리드 차량의 구성의 일례를 개략적으로 도시한다. 시리즈 하이브리드 시스템은 엔진으로 움직이는 발전기에서 생성된 전력, 또는 전지에 일단 저장해 둔 전력을 사용하여, 전력 구동력 변환 장치로 주행하는 차량이다.

하이브리드 차량(200)에는, 엔진(201), 발전기(202), 전력 구동력 변환 장치(203), 구동륜(204a), 구동륜(204b), 차륜(205a), 차륜(205b), 전지(208), 차량 제어 장치(209), 각종 센서(210) 및 충전구(211)가 탑재되어 있다. 전지(208)에 대하여, 상술한 본 개시의 일 실시 형태에 따른 배터리 유닛이 적용된다.

하이브리드 차량(200)은 전력 구동력 변환 장치(203)를 동력원으로 하여 주행한다. 전력 구동력 변환 장치(203)의 일례는 모터이다. 전지(208)의 전력에 의해 전력 구동력 변환 장치(203)가 작동하고, 이 전력 구동력 변환 장치(203)의 회전력이 구동륜(204a, 204b)에 전달된다. 필요한 부분에 직류-교류(DC-AC) 혹은 역변환(AC-DC 변환)을 사용함으로써, 전력 구동력 변환 장치(203)를 교류 모터 또는 직류 모터에서도 적용 가능하다는 것에 유의하라. 각종 센서(210)는 차량 제어 장치(209)를 통해서 엔진 회전수를 제어하거나, 도시하지 않은 스로틀 밸브(throttle valve)의 개방도(스로틀 개방도)를 제어한다. 각종 센서(210)는 속도 센서, 가속도 센서, 엔진 회전수 센서 등을 포함한다.

엔진(201)의 회전력은 발전기(202)에 전달되고, 그 회전력에 의해 발전기(202)에 의해 생성된 전력을 전지(208)에 축적할 수 있다.

도시하지 않은 제동 기구에 의해 하이브리드 차량이 감속되는 경우, 그 감속시의 저항력은 전력 구동력 변환 장치(203)에 회전력으로서 부가되고, 이 회전력에 의해 전력 구동력 변환 장치(203)에 의해 생성된 재생 전력이 전지(208)에 축적된다.

전지(208)이 하이브리드 차량의 외부 전원에 접속됨으로써, 전지(208)는 그 외부 전원으로부터 충전구(211)를 입력 제어구로 하여 전력 공급을 받고, 받은 전력을 축적할 수 있다.

도면에 도시하지 않지만, 2차 전지에 관한 정보에 기초하여 차량 제어에 관한 정보 처리를 행하는 정보 처리 장치를 제공할 수도 있다. 이러한 정보 처리 장치로서는, 예를 들어, 전지의 잔여 용량에 관한 정보에 기초하여, 전지 잔여 용량 표시를 행하는 정보 처리 장치가 있다.

지금까지, 엔진으로 작동되는 발전기에서 생성된 전력, 또는 전지에 일단 저장해 둔 전력을 사용하여, 모터로 주행하는 시리즈 하이브리드 차량을 일례로서 설명했다는 것에 유의하라. 그러나, 엔진과 모터의 출력이 모두 구동원인 것으로 하고, 엔진만으로 주행, 모터만으로 주행, 엔진과 모터로 주행이라고 하는 3개의 방식을 적절하게 전환해서 사용하는 패럴렐 하이브리드 차량에 대해서도 본 개시는 유효하게 적용될 수 있다. 또한, 엔진을 사용하지 않고 구동 모터만으로 구동함으로써 주행하는 전동 차량에 대해서도 본 개시는 유효하게 적용될 수 있다.

변형예

이상, 본 개시의 실시 형태에 대해서 구체적으로 설명했지만, 상술한 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 개시의 기술적 사상에 기초하는 각종 변형이 가능하다. 예를 들어, 상술한 실시 형태에서 예로 든 구성, 방법, 공정, 형상, 재료 및 수치 등은 어디까지나 예에 불과하며, 필요에 따라 이와는 다른 구성, 방법, 공정, 형상, 재료 및 수치 등을 사용할 수도 있다.

또한, 상술한 실시 형태의 구성, 방법, 공정, 형상, 재료 및 수치 등은, 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 한, 서로 조합될 수 있다.

본 개시는 2011년 8월 31일자로 일본 특허청에 출원된 일본 특허출원 JP2011-189563 및 2011년 8월 31일자로 일본 특허청에 출원된 일본 특허출원 JP2011-189561에 개시된 관련 과제를 포함하며, 그 전체 내용은 참조로서 결합된다.

본 분야의 숙련된 자라면, 첨부된 청구범위 또는 그 등가물내에 있는 한, 다양한 변형, 조합, 하위조합 및 변경이 설계 요건 및 다른 요인에 따라 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims

전지 시스템으로서,
함께 직렬로 접속된 복수의 축전 모듈을 포함하며,
상기 축전 모듈 각각은
복수의 전지 셀을 포함하는 전지 블록 그룹, 및
각 전지 블록 그룹에 접속된 상이한 자기 코어를 포함하는, 전지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 축전 모듈 각각은 별개의 하우징내에 제공되고, 복수의 서브 모듈은 각 하우징내에 제공되고, 복수의 전지 블록 그룹은 각각의 상기 서브 모듈내에 제공되는, 전지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 축전 모듈 각각은 각각의 상기 전지 블록 그룹의 충전 및 방전을 개별적으로 제어하도록 구성된 모듈 컨트롤러를 포함하는, 전지 시스템.
제3항에 있어서,
상기 모듈 컨트롤러 각각은 공통 제어 소자에 버스를 통해 접속되는, 전지 시스템.
제3항에 있어서,
상기 모듈 컨트롤러는 각각의 상기 전지 블록 그룹의 충전 또는 방전을 위한 온-기간의 길이를 제어하는 스위칭 동작을 개시하도록 구성되는, 전지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 축전 모듈 각각은 커플링 인덕터(coupling inductor)로서 구성된 플라이백 트랜스포머를 더 포함하고,
상기 플라이백 트랜스포머는 각기
상기 자기 코어들 중 상이한 하나의 자기 코어;
상기 자기 코어에 접속된 1차 코일; 및
상기 자기 코어에 접속된 2차 코일을 포함하고,
상기 1차 코일과 각각의 상기 전지 블록 그룹에 1차 스위치가 직렬로 접속되고,
상기 2차 코일에 2차 스위치가 직렬로 접속되는, 전지 시스템.
제6항에 있어서,
각각의 축전 모듈은 각각의 상기 플라이백 트랜스포머의 1차 스위치와 2차 스위치를 컨트롤 펄스 신호를 통해 제어함으로써 각각의 상기 전지 블록 그룹의 충전 및 방전을 개별적으로 제어하도록 구성된 모듈 컨트롤러를 포함하는, 전지 시스템.
제6항에 있어서,
상기 축전 모듈 각각에서, 상기 2차 스위치는 공통 포지티브 전원 라인 및 공통 네거티브 전원 라인에 접속되는, 전지 시스템.
제8항에 있어서,
상기 공통 포지티브 전원 라인과 상기 공통 네거티브 전원 라인 사이에 축전 소자가 삽입되는, 전지 시스템.
제9항에 있어서,
상기 축전 소자는 캐패시터인, 전지 시스템.
제6항에 있어서,
상기 축전 모듈 각각에서, 상기 2차 코일은 공통 포지티브 전원 라인 및 공통 네거티브 전원 라인에 접속되는, 전지 시스템.
제11항에 있어서,
상기 공통 포지티브 전원 라인과 상기 공통 네거티브 전원 라인 사이에 축전 소자가 삽입되는, 전지 시스템.
제12항에 있어서,
상기 축전 소자는 캐패시터인, 전지 시스템.
전지 디바이스로서,
복수의 전지 셀을 포함하는 전지 블록 그룹과;
상기 전지 블록 그룹에 접속되며 단 하나의 전지 블록 그룹과 동작하도록 구성된 자기 코어
를 포함하는 축전 모듈을 포함하는, 전지 디바이스.
제14항에 있어서,
상기 축전 모듈은 하우징내에 제공되고, 복수의 서브 모듈은 상기 하우징내에 제공되고, 복수의 전지 블록 그룹은 각각의 상기 서브 모듈내에 제공되는, 전지 디바이스.
제14항에 있어서,
상기 축전 모듈은 상기 전지 블록 그룹의 충전 및 방전을 제어하도록 구성된 모듈 컨트롤러를 포함하는, 전지 디바이스.
제16항에 있어서,
상기 모듈 컨트롤러는 상기 전지 블록 그룹의 충전 또는 방전을 위한 온-기간의 길이를 제어하는 스위칭 동작을 개시하도록 구성되는, 전지 디바이스.
제14항에 있어서,
상기 축전 모듈은 커플링 인덕터로서 구성된 플라이백 트랜스포머를 더 포함하고,
상기 플라이백 트랜스포머는
상기 자기 코어;
상기 자기 코어에 접속된 1차 코일; 및
상기 자기 코어에 접속된 2차 코일을 포함하고,
상기 1차 코일과 상기 전지 블록 그룹에 1차 스위치가 직렬로 접속되고,
상기 2차 코일에 2차 스위치가 직렬로 접속되는, 전지 디바이스.
제18항에 있어서,
상기 축전 모듈은 상기 플라이백 트랜스포머의 1차 스위치와 2차 스위치를 컨트롤 펄스 신호를 통해 제어함으로써 상기 전지 블록 그룹의 충전 및 방전을 제어하도록 구성된 모듈 컨트롤러를 포함하는, 전지 디바이스.
제18항에 있어서,
상기 2차 스위치는 공통 포지티브 전원 라인 및 공통 네거티브 전원 라인에 접속되는, 전지 디바이스.
제20항에 있어서,
상기 공통 포지티브 전원 라인과 상기 공통 네거티브 전원 라인 사이에 축전 소자가 삽입되는, 전지 디바이스.
제21항에 있어서,
상기 축전 소자는 캐패시터인, 전지 디바이스.
제18항에 있어서,
상기 2차 코일은 공통 포지티브 전원 라인 및 공통 네거티브 전원 라인에 접속되는, 전지 디바이스.
제23항에 있어서,
상기 공통 포지티브 전원 라인과 상기 공통 네거티브 전원 라인 사이에 축전 소자가 삽입되는, 전지 디바이스.
제24항에 있어서,
상기 축전 소자는 캐패시터인, 전지 디바이스.
제어 디바이스로서,
자기 코어,
상기 자기 코어에 1차 코일을 통해 전기적으로 접속된 1차 스위치,
상기 자기 코어에 2차 코일을 통해 전기적으로 접속된 2차 스위치, 및
모듈 컨트롤러
를 포함하는 축전 모듈을 포함하는, 제어 디바이스.
제26항에 있어서,
상기 축전 모듈은 하우징내에 제공되고, 복수의 전지 블록 그룹은 각각의 서브 모듈내에 제공되고, 각각의 전지 블록 그룹은 복수의 전지 셀을 포함하는, 제어 디바이스.
제26항에 있어서,
상기 모듈 컨트롤러는 상기 자기 코어에 접속되는 전지 블록 그룹의 충전 및 방전을 제어하도록 구성되는, 제어 디바이스.
제26항에 있어서,
상기 모듈 컨트롤러는 공통 제어 디바이스에 버스를 통해 접속되는, 제어 디바이스.
제28항에 있어서,
상기 모듈 컨트롤러는 각각의 상기 전지 블록 그룹의 충전 또는 방전을 위한 온-기간의 길이를 제어하는 스위칭 동작을 개시하도록 구성되는, 제어 디바이스.
제28항에 있어서,
상기 모듈 컨트롤러는 상기 1차 스위치와 상기 2차 스위치를 컨트롤 펄스 신호를 통해 제어함으로써 상기 전지 블록 그룹의 충전 및 방전을 제어하도록 구성되는, 제어 디바이스.
제26항에 있어서,
상기 축전 모듈에서, 상기 2차 스위치는 공통 포지티브 전원 라인 및 공통 네거티브 전원 라인에 접속되는, 제어 디바이스.
제32항에 있어서,
상기 공통 포지티브 전원 라인과 상기 공통 네거티브 전원 라인 사이에 축전 소자가 삽입되는, 제어 디바이스.
제33항에 있어서,
상기 축전 소자는 캐패시터인, 제어 디바이스.
제26항에 있어서,
상기 축전 모듈에서, 상기 2차 코일은 공통 포지티브 전원 라인 및 공통 네거티브 전원 라인에 접속되는, 제어 디바이스.
제35항에 있어서,
상기 공통 포지티브 전원 라인과 상기 공통 네거티브 전원 라인 사이에 축전 소자가 삽입되는, 제어 디바이스.
제36항에 있어서,
상기 축전 소자는 캐패시터인, 제어 디바이스.
전동 차량으로서,
함께 직렬로 접속된 복수의 축전 모듈을 포함하는 전지 시스템 -상기 축전 모듈 각각은 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 블록 그룹과, 각 전지 블록 그룹에 접속된 상이한 자기 코어를 포함함- ; 및
상기 전지 시스템으로부터 전력을 공급받아서, 상기 전동 차량의 부품에 전력을 공급하도록 구성된 컨버터를 포함하는, 전동 차량.
제38항에 있어서,
상기 축전 모듈 각각은 별개의 하우징내에 제공되고, 복수의 서브 모듈은 각 하우징내에 제공되고, 복수의 전지 블록 그룹은 각각의 상기 서브 모듈내에 제공되는, 전동 차량.
제38항에 있어서,
상기 축전 모듈 각각은 각각의 상기 전지 블록 그룹의 충전 및 방전을 개별적으로 제어하도록 구성된 모듈 컨트롤러를 포함하는, 전동 차량.
제40항에 있어서,
상기 모듈 컨트롤러 각각은 공통 제어 소자에 버스를 통해 접속되는, 전동 차량.
제40항에 있어서,
상기 모듈 컨트롤러는 각각의 전지 블록 그룹의 충전 또는 방전을 위한 온-기간의 길이를 제어하는 스위칭 동작을 개시하도록 구성되는, 전동 차량.
제38항에 있어서,
상기 축전 모듈 각각은 커플링 인덕터로서 구성된 플라이백 트랜스포머를 더 포함하고,
상기 플라이백 트랜스포머는 각기
상기 자기 코어들 중 상이한 하나의 자기 코어;
상기 자기 코어에 접속된 1차 코일; 및
상기 자기 코어에 접속된 2차 코일을 포함하고,
상기 1차 코일과 각각의 상기 전지 블록 그룹에 1차 스위치가 직렬로 접속되고,
상기 2차 코일에 2차 스위치가 직렬로 접속되는, 전동 차량.
제43항에 있어서,
상기 축전 모듈 각각은 각각의 상기 플라이백 트랜스포머의 1차 스위치와 2차 스위치를 컨트롤 펄스 신호를 통해 제어함으로써 각각의 상기 전지 블록 그룹의 충전 및 방전을 개별적으로 제어하도록 구성된 모듈 컨트롤러를 포함하는, 전동 차량.
제43항에 있어서,
상기 축전 모듈 각각에서, 상기 2차 스위치는 공통 포지티브 전원 라인 및 공통 네거티브 전원 라인에 접속되는, 전동 차량.
제45항에 있어서,
상기 공통 포지티브 전원 라인과 상기 공통 네거티브 전원 라인 사이에 축전 소자가 삽입되는, 전동 차량.
제46항에 있어서,
상기 축전 소자는 캐패시터인, 전동 차량.
제43항에 있어서,
상기 축전 모듈 각각에서, 상기 2차 코일은 공통 포지티브 전원 라인 및 공통 네거티브 전원 라인에 접속되는, 전동 차량.
제48항에 있어서,
상기 공통 포지티브 전원 라인과 상기 공통 네거티브 전원 라인 사이에 축전 소자가 삽입되는, 전동 차량.
제49항에 있어서,
상기 축전 소자는 캐패시터인, 전동 차량.