KR20160060639A - 축전 장치, 축전 제어 장치 및 축전 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 간이한 구성에 의해 셀의 전압을 신속히 균등화하는 축전 장치, 축전 제어 장치 및 축전 제어 방법을 제공한다. 직렬 접속된 복수의 셀과, 직렬 접속된 복수의 리액턴스 소자와, 각 셀과 각 리액턴스 소자를 일대일 대응으로 병렬 접속하는 복수의 접속 라인과, 각 접속 라인을 개별로 개폐하는 복수의 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자를 제어하여 상기 셀 사이에서 에너지를 수수시키는 축전 제어 장치를 구비하는 것이다.

Description

축전 장치, 축전 제어 장치 및 축전 제어 방법{POWER STORAGE DEVICE, POWER STORAGE CONTROL DEVICE, AND POWER 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, n개의 축전 셀을 직렬 접속하여 구성되는 제1 직렬 회로와, n-1개의 축전 셀을 직렬 접속하여 구성되는 제2, 제3 직렬 회로와, 제1, 제2 스위치 군을 구비하는 전압 균등화 회로가 제안되어 있다.
일본 특허 공개 제2012-257440호 공보
직렬 접속된 복수의 셀의 전압을 균등화하는 구성은, 간이하면서 각 셀의 전압을 신속히 균등화하는 것이 바람직하다.
본 개시는, 간이한 구성에 의해 셀의 전압을 신속히 균등화하는 축전 장치, 축전 제어 장치 및 축전 제어 방법을 제공한다.
본 개시에 관한 축전 장치는, 직렬 접속된 복수의 셀과, 직렬 접속된 복수의 리액턴스 소자와, 각 셀과 각 리액턴스 소자를 일대일 대응으로 병렬 접속하는 복수의 접속 라인과, 각 접속 라인을 개별로 개폐하는 복수의 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자를 제어하여 상기 셀 사이에서 에너지를 수수시키는 축전 제어 장치를 구비하는 것이다.
상기 축전 제어 장치는, 상기 복수의 셀 중 일련의 셀 양단에 배치된 접속 라인의 제1 쌍을 폐로시키고, 그 후, 상기 접속 라인의 제1 쌍을 개로시키고, 또한 상기 일련의 셀 중 대상 셀의 양단에 배치된 접속 라인의 제2 쌍을 폐로시켜도 된다.
이 경우, 상기 축전 제어 장치는, 상기 복수의 셀의 전부 또는 일부를 상기 일련의 셀로서 선택하고, 복수의 상기 대상 셀을 선택해도 된다.
또는, 각 리액턴스 소자는, 상수가 서로 동일해도 된다. 이 경우, 각 리액턴스 소자는, 콘덴서를 포함해도 된다. 이 경우, 각 리액턴스 소자는, 리액터를 포함해도 된다. 이 경우, 상기 축전 제어 장치는, 상기 리액턴스 소자와 상기 셀과의 접속을 상기 리액턴스 소자의 공진 주파수에서 전환해도 된다.
상기 리액턴스 소자의 공진 주파수는, 교류 임피던스 법으로 측정된 상기 셀의 내부 임피던스의 콜-콜 플롯에 있어서의 허수 성분이 0이 되는 경우의 주파수여도 된다.
상기 스위칭 소자의 개수 및 상기 접속 라인의 개수는, 상기 셀의 개수에 1을 더한 개수여도 된다.
상기 축전 제어 장치는, 상기 대상 셀을 선택한 다음에 상기 접속 라인의 제1 쌍을 폐로시켜도 된다. 이 경우, 상기 축전 제어 장치는, 전압이 최소인 셀을 포함하는 상기 대상 셀을 선택해도 된다.
본 개시에 관한 축전 제어 장치는, 직렬 접속된 복수의 셀과 직렬 접속된 복수의 리액턴스 소자를 일대일 대응으로 병렬 접속하는 복수의 접속 라인을, 복수의 스위칭 소자를 제어하여 개별로 개폐시켜, 상기 셀 사이에서 에너지를 수수시키는 것이다.
본 개시에 관한 축전 제어 방법은, 직렬 접속된 복수의 셀과 직렬 접속된 복수의 리액턴스 소자를 일대일 대응으로 병렬 접속하는 복수의 접속 라인을, 복수의 스위칭 소자를 제어 장치에 의해 제어하여 개별로 개폐시켜, 상기 셀 사이에서 에너지를 수수시킨다.
본 개시에 의하면, 간이한 구성에 의해 셀의 전압을 신속히 균등화할 수 있다.
도 1은 본 개시의 제1 실시 형태의 축전 장치의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 개시의 제1 실시 형태의 축전 장치의 동작예를 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 2의 A는, 스위칭 소자의 제1 제어 상태를 도시하고, 도 2의 B는, 스위칭 소자의 제2 제어 상태를 도시하고, 도 2의 C는, 스위칭 소자의 제3 제어 상태를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 개시의 제1 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 개시의 제1 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치의 동작예를 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 4의 A는, 스위칭 소자의 제1 제어 상태를 도시하고, 도 4의 B는, 스위칭 소자의 제2 제어 상태를 도시하고, 도 4의 C는, 스위칭 소자의 제3 제어 상태를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 개시의 제2 실시 형태의 축전 장치의 동작예를 도시하는 흐름도이다.
도 6은 본 개시의 제2 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치의 동작예를 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 6의 A는, 접속 라인의 제1 쌍의 폐로 상태를 도시하고, 도 6의 B는, 접속 라인의 제1 쌍의 개로 상태를 도시하고, 도 6의 C는, 접속 라인의 제2 쌍의 폐로 상태를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 개시의 제2 실시 형태의 제2 변형예의 축전 장치의 동작예를 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 7의 A는, 접속 라인의 제1 쌍의 폐로 상태를 도시하고, 도 7의 B는, 접속 라인의 제1 쌍의 개로 상태를 도시하고, 도 7의 C는, 접속 라인의 제2 쌍의 폐로 상태를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 개시의 제3 실시 형태의 축전 장치의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 9는 본 개시의 제3 실시 형태의 축전 장치의 동작예를 도시하는 흐름도이다.
도 10은 본 개시의 제3 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치의 동작예를 도시하는 흐름도이다.
도 11은 본 개시의 제4 실시 형태의 축전 장치의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 12는 본 개시의 제4 실시 형태의 제1 비교예의 축전 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 13은 본 개시의 제4 실시 형태의 제2 비교예의 축전 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 14는 본 개시의 제4 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치의 동작예를 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 14의 A는, 접속 라인의 제1 쌍의 폐로 상태를 도시하고, 도 14의 B는, 접속 라인의 제2 쌍의 폐로 상태를 도시하는 도면이다.
도 15는 본 개시의 제5 실시 형태의 축전 장치의 구성예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 16은 본 개시의 제5 실시 형태의 축전 장치의 동작예를 도시하는 타임차트이다.
도 17은 본 개시의 제5 실시 형태 제1 변형예의 축전 장치의 동작예를 도시하는 흐름도이다.
도 18은 본 개시의 제5 실시 형태의 제2 변형예의 축전 장치의 구성예를 설명하기 위한 셀의 방전 곡선도이다.
도 19는 본 개시의 제6 실시 형태의 축전 장치의 구성예를 설명하기 위한 콜-콜 플롯도이다.
도 20은 본 개시의 제6 실시 형태의 제1 변형예의 축전 장치의 구성예를 설명하기 위한 콜-콜 플롯도이다.
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 부여하고 중복되는 설명은 생략한다. 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 제1 실시 형태
(직렬 접속된 복수의 셀과 복수의 리액턴스 소자를 일대일 대응으로 접속하는 복수의 접속 라인을 구비하는 축전 장치의 예)
2. 제1 실시 형태의 제1 변형예
(직렬 접속된 셀의 수가 많은 축전 장치의 예)
3. 제2 실시 형태
(일련의 셀로부터 리액턴스 소자를 통하여 대상 셀에 에너지를 공급하는 축전 장치의 예)
4. 제2 실시 형태의 제1 변형예
(모든 셀을 일련의 셀로서 선택하고, 복수의 대상 셀을 선택하는 축전 장치의 예)
5. 제2 실시 형태의 제2 변형예
(일부의 셀을 일련의 셀로서 선택하고, 복수의 대상 셀을 선택하는 축전 장치의 예)
6. 제3 실시 형태
(대상 셀을 선택한 다음에 접속 라인의 제1 쌍을 폐로시키는 축전 장치의 예)
7. 제3 실시 형태의 제1 변형예
(전압이 최소인 셀을 대상 셀에 포함하는 축전 장치의 예)
8. 제4 실시 형태
(리액턴스 소자가 콘덴서인 축전 장치의 예)
9. 제4 실시 형태의 제1 변형예
(각 리액턴스 소자의 상수가 동일한 축전 장치의 예)
10. 제5 실시 형태
(리액턴스 소자가 직렬 접속된 리액터 및 콘덴서인 축전 장치의 예)
11. 제5 실시 형태의 제1 변형예
(셀과 리액턴스 소자의 접속을 리액턴스 소자의 공진 주파수에서 전환하는 축전 장치의 예)
12. 제5 실시 형태의 제2 변형예
(실질적으로 평탄한 방전 특성을 갖는 셀을 적용한 축전 장치의 예)
13. 제6 실시 형태
(리액턴스 소자가 콜-콜 플롯에 적응한 공진 주파수를 갖는 축전 장치의 예)
14. 제6 실시 형태의 제1 변형예
(충전율마다의 콜-콜 플롯를 고려하여 직류 공진 회로의 공진 주파수가 설정된 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), 복수의 리액턴스 소자(120a, 120b), 복수의 접속 라인(160a, 160b, 160c), 복수의 스위칭 소자(140a, 140b, 140c) 및 축전 제어 장치(130)를 구비한다. 리액턴스 소자(120a, 120b)의 개수는, 셀(110a, 110b)의 개수와 동수이다. 스위칭 소자(140a 내지 140c)의 개수는, 접속 라인(160a 내지 160c)의 개수와 동수이다.
[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, 충전 시에는, 도시하지 않은 충전 장치로부터 공급된 충전 전류를 전하로서 축적하고, 방전 시에는, 축적된 전하를 방전 전류로서 도시하지 않은 부하에 공급할 수 있다. 여기서, 셀 전체의 정극측의 단부, 즉 정극 단자로부터 세어 i번째(단, i는 1 내지 셀의 총 수)의 셀을, i번째 셀이라 정의한다. 도 1의 예에서는, 1번째 셀(110a)의 부극에 2번째 셀(110b)의 정극이 접속됨으로써, 양쪽 셀(110a, 110b)이 직렬 접속되어 있다.
셀(110a, 110b)의 개수는, 복수라면 도 1에 도시하는 바와 같은 2개에 한정되지 않는다. 각 셀(110a, 110b)은, 동일 규격으로 구성되어 있어도 되고, 또는, 다른 규격으로 구성되어 있어도 된다. 각 셀(110a, 110b)은, 각각이 단전지 및 조전지 중 어느 것이어도 된다. 각 셀(110a, 110b)을 각각 조전지로 하는 경우, 조전지 내에서의 접속은, 직렬 또는 병렬 혹은 이들 양쪽이어도 된다.
[리액턴스 소자(120a, 120b)]
도 1에 도시하는 바와 같이, 각 리액턴스 소자(120a, 120b)는 직렬 접속되어 있다. 각 리액턴스 소자(120a, 120b)는, 용량성 리액턴스 또는 유도성 리액턴스 또는 이들 양쪽을 갖고 있어도 된다. 각 리액턴스 소자(120a, 120b)는, 저항 성분을 갖는 것을 제외하지 않는다. 여기서, 리액턴스 소자 전체의 정극측의 단부로부터 세어 j번째(단, j는 1 내지 리액턴스 소자의 총 수)의 셀을, j번째 리액턴스 소자라고 정의한다. 도 1의 예에서는, 1번째 리액턴스 소자(120a)의 부극에 2번째 리액턴스 소자(120b)의 정극이 접속됨으로써, 양 리액턴스 소자(120a, 120b)가 직렬 접속되어 있다.
[접속 라인(160a 내지 160c)]
각 접속 라인(160a 내지 160c)은, 각 셀(110a, 110b)과 각 리액턴스 소자(120a, 120b)를 일대일 대응으로 병렬 접속한다. 여기서, 정극측으로부터 세어 k번째(단, k는 1 내지 접속 라인의 총 수)의 접속 라인을, k번째 접속 라인이라 정의한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 1번째 접속 라인(160a)은, 셀측의 단부가 1번째 셀(110a)의 정극에 접속되고, 리액턴스 소자측의 단부가 1번째 리액턴스 소자(120a)에 있어서의 정극측의 단부에 접속된다. 2번째 접속 라인(160b)은, 셀측의 단부가 1번째 셀(110a)의 부극에 접속되고, 리액턴스 소자측의 단부가 1번째 리액턴스 소자(120a)에 있어서의 부극측의 단부에 접속된다. 즉, 1번째 셀(110a)과, 이것에 대응하는 1번째 리액턴스 소자(120a)는, 한 쌍의 접속 라인(160a, 160b)에 의해 일대일 대응으로 병렬 접속된다.
또한, 2번째 접속 라인(160b)은, 셀측의 단부가 2번째 셀(110b)의 정극에 접속되고, 리액턴스 소자측의 단부가 2번째 리액턴스 소자(120b)에 있어서의 정극측의 단부에 접속된다. 3번째 접속 라인(160c)은, 셀측의 단부가 2번째 셀(110b)의 부극에 접속되고, 리액턴스 소자측의 단부가 2번째 리액턴스 소자(120b)에 있어서의 부극측의 단부에 접속된다. 즉, 2번째 셀(110b)과, 이것에 대응하는 2번째 리액턴스 소자(120b)는, 한 쌍의 접속 라인(160b, 160c)에 의해 일대일 대응으로 병렬 접속된다.
[스위칭 소자(140a 내지 140c)]
도 1에 도시하는 바와 같이, 각 스위칭 소자(140a 내지 140c)는, 각 스위칭 소자(140a 내지 140c)에 대응하는 접속 라인(160a 내지 160c) 상에 각각 배치되어 있다. 각 스위칭 소자(140a 내지 140c)는, 오프 상태 또는 온 상태가 됨으로써, 대응하는 접속 라인(160a 내지 160c)을 개폐, 즉 절단 상태 또는 접속 상태로 한다. 각 접속 라인(160a 내지 160c)의 개폐는, 스위칭 소자(140a 내지 140c)마다 개별로 행해진다. 여기서, 정극측으로부터 세어 k번째 스위칭 소자를, k번째 스위칭 소자라 정의한다.
스위칭 소자(140a 내지 140c)의 형태는 한정되지 않고, 예를 들어 스위칭 소자(140a 내지 140c)를 반도체 소자 등에 의해 구성해도 된다. 반도체 소자는, 트랜지스터 등이어도 된다. 트랜지스터는, 전계효과 트랜지스터 등이어도 된다. 전계효과 트랜지스터는, MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 등이어도 된다. 전계효과 트랜지스터를 채용함으로써, 소비 전력을 억제할 수 있다.
[축전 제어 장치(130)]
축전 제어 장치(130)는, 각 스위칭 소자(140a 내지 140c)의 동작을 제어하고, 셀(110a, 110b) 사이에서 에너지를 수수시킨다. 도 1에는, 축전 제어 장치(130)가 스위칭 소자(140a 내지 140c)의 동작을 제어하는 구성인 것이, 스위칭 소자(140a 내지 140c)를 둘러싸는 파선 프레임 및 축전 제어 장치(130)로부터 파선 프레임을 향하는 파선 화살표로 표시되어 있다. 축전 제어 장치(130)는, 각 스위칭 소자(140a 내지 140c)에 제어 신호를 출력함으로써 각 스위칭 소자(140a 내지 140c)의 동작을 제어해도 된다. 제어 신호는, 전계효과 트랜지스터의 게이트 전압 등이어도 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 프로그램을 저장해도 된다. 또한, ROM에는, 연산 처리 장치가 프로그램을 실행할 때 참조하는 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 스위칭 소자(140a 내지 140c)가 도 2의 A 내지 도 2의 C와 같이 제어됨으로써, 셀(110a, 110b) 사이에서 에너지가 수수된다.
구체적으로는, 도 2의 A에는, 스위칭 소자(140a 내지 140c)의 제1 제어 상태가 도시되어 있다. 제1 제어 상태에서는, 1번째 스위칭 소자(140a)와, 3번째 스위칭 소자(140c)가 온 상태로 제어되고, 2번째 스위칭(140b)가 오프 상태로 제어된다. 다시 말해, 제1 제어 상태에서는, 1번째 접속 라인(160a)과 3번째 접속 라인(160c)이 폐로 즉 접속 상태로 되고, 2번째 접속 라인(160b)이 개로, 즉 절단 상태로 된다. 이에 의해, 모든 셀(110a, 110b), 즉 직렬 접속된 셀 군과, 모든 리액턴스 소자(120a, 120b), 즉 직렬 접속된 리액턴스 소자군이, 폐로 상태의 접속 라인(160a, 160c)을 통하여 병렬 접속된다. 이러한 제1 제어 상태에서는, 모든 셀(110a, 110b)로부터 모든 리액턴스 소자(120a, 120b)로 에너지가 이동되고, 이동된 에너지는, 각 리액턴스 소자(120a, 120b)에 축적된다.
도 2의 B에는, 스위칭 소자(140a 내지 140c)의 제2 제어 상태가 도시되어 있다. 제2 제어 상태에서는, 모든 스위칭 소자(140a 내지 140c)가 오프 상태로 제어된다. 제1 제어 상태로부터의 변화는, 제1 제어 상태에 있어서 온 상태였던 1번째 스위칭 소자(140a) 및 3번째 스위칭 소자(140c)가 오프 상태로 전환된 것이다. 즉, 제2 제어 상태에서는, 모든 접속 라인(160a 내지 160c)이 개로된다. 이에 의해, 제2 제어 상태에서는, 모든 셀(110a, 110b)과 모든 리액턴스 소자(120a, 120b)가 절단된다. 제2 제어 상태에서는, 제1 제어 상태에 있어서 각 리액턴스 소자(120a, 120b)에 축적된 에너지가, 각 리액턴스 소자(120a, 120b)에 계속 축적된다.
도 2의 C에는, 스위칭 소자(140a 내지 140c)의 제3 제어 상태가 도시되어 있다. 제3 제어 상태에서는, 2번째 스위칭 소자(140b) 및 3번째 스위칭 소자(140c)가 온 상태로 제어되고, 1번째 스위칭 소자(140a)가 오프 상태로 제어된다. 제2 제어 상태로부터의 변화는, 제2 제어 상태에 있어서 오프 상태였던 2번째 스위칭 소자(140b) 및 3번째 스위칭 소자(140c)가 온 상태로 전환된 것이다. 즉, 제3 제어 상태에서는, 2번째 접속 라인(160b) 및 3번째 접속 라인(160c)이 폐로되고, 1번째 접속 라인(160a)이 개로된다. 이에 의해, 제3 제어 상태에서는, 2번째 셀(110b)과 2번째 리액턴스 소자(120b)가 병렬 접속된다. 제3 제어 상태에서는, 2번째 리액턴스 소자(120b)에 축적되어 있는 에너지가, 2번째 셀(110b)로 이동된다. 이때, 1번째 리액턴스 소자(120a)에 축적되어 있는 에너지는 변화되지 않는다.
이상을 총괄하면, 도 2의 A 내지 도 2의 C에서는, 모든 셀(110a, 110b)로부터 모든 리액턴스 소자(120a, 120b)로 에너지가 이동된 후에, 2번째 셀(110b)로 2번째 리액턴스 소자(120b)로부터 에너지가 이동된다. 즉, 셀(110a, 110b) 전체의 에너지가 리액턴스 소자(120a, 120b)로 분배된 후에, 1번째 셀(110a)보다도 보유 에너지가 작은 2번째 셀(110b)로, 2번째 리액턴스 소자(120b)로부터 에너지가 공급된다. 에너지의 공급 후에는 양쪽 셀(110a, 110b) 사이의 에너지의 편차가 저감 또는 해소된다. 단, 이상의 동작은 어디까지나 일례이며, 본 개시의 범위를 한정하는 것이 아니다. 예를 들어, 축전 장치(100)는, 2번째 셀(110b)이 보유하는 에너지가 1번째 셀(110a)이 보유하는 에너지보다 큰 경우에도 유효하게 동작할 수 있다.
본 실시 형태에 따르면, 셀(110a, 110b)과 리액턴스 소 자(120a, 120b)를 일대일 대응으로 병렬 접속하는 접속 라인(160a 내지 160c)을, 스위칭 소자(140a 내지 140c)로 개별로 개폐시켜서 셀 사이에서 에너지를 수수시킬 수 있다. 본 실시 형태에 따르면, 보유하는 에너지가 큰 셀과 보유하는 에너지가 작은 셀의 전체의 에너지를 복수의 리액턴스 소자에 분배하고, 분배된 에너지를, 보유하는 에너지가 작은 셀로 공급할 수 있다. 이에 의해, 전압 균등화 처리, 즉 액티브 셀 밸런스 처리를 간이한 구성에 의해 신속히 행할 수 있다. 또한, 인접하는 셀 사이에서의 에너지의 수수에 특화된 구성에서는, 특히 셀 수가 많은 경우에 전압 균등화 처리가 느려지는 경우가 있지만, 본 개시에서는, 그러한 문제를 피할 수 있다. 또한, 본 개시에 의하면, 복수의 셀 전체의 에너지를 복수의 리액턴스 소자에 분배하고, 분배된 에너지를 대상 셀에 공급한다는 발상에 기초하여, 스위칭 소자의 개수가 삭감된 저비용의 회로 구성에 의한 신속한 전압 균등화 처리를 실현할 수 있다.
<2. 제1 실시 형태의 제1 변형예>
[장치의 구성예]
도 3은 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 대하여, 셀, 리액턴스 소자, 접속 라인 및 스위칭 소자의 개수가 상이하다. 이하, 상위점을 상세하게 설명한다.
[셀(110a 내지 110f)]
본 변형예의 축전 장치(100)는, 1번째, 2번째 셀(110a, 110b) 외에, 3번째 셀(110c), 4번째 셀(110d), 5번째 셀(110e) 및 6번째 셀(110f)을 구비한다. 각 셀(110a 내지 110f)은 번호순으로 직렬 접속되어 있다.
[리액턴스 소자(120a 내지 120f)]
본 변형예의 축전 장치(100)는, 1번째, 2번째 리액턴스 소자(120a, 120b) 외에, 3번째 리액턴스 소자(120c), 4번째 리액턴스 소자(120d), 5번째 리액턴스 소자(120e) 및 6번째 리액턴스 소자(120f)를 구비한다. 각 리액턴스 소자(120a 내지 120f)는 번호순으로 직렬 접속되어 있다.
[접속 라인(160a 내지 160g)]
본 변형예의 축전 장치(100)는, 1번째 내지 3번째 접속 라인(160a 내지 160c) 외에, 4번째 접속 라인(160d), 5번째 접속 라인(160e), 6번째 접속 라인(160f) 및 7번째 접속 라인(160g)을 구비한다.
3번째 접속 라인(160c)은, 셀측의 단부가 3번째 셀(110c)의 정극에 접속되고, 리액턴스 소자측의 단부가 3번째 리액턴스 소자(120c)에 있어서의 정극측의 단부에 접속된다. 4번째 접속 라인(160d)은, 셀측의 단부가 3번째 셀(110c)의 부극에 접속되고, 리액턴스 소자측의 단부가 3번째 리액턴스 소자(120c)에 있어서의 부극측의 단부에 접속된다. 즉, 3번째 셀(110c)과, 이것에 대응하는 3번째 리액턴스 소자(120c)는, 한 쌍의 접속 라인(160c, 160d)에 의해 일대일 대응으로 병렬 접속된다.
4번째 접속 라인(160d)은, 셀측의 단부가 4번째 셀(110d)의 정극에 접속되고, 리액턴스 소자측의 단부가 4번째 리액턴스 소자(120d)에 있어서의 정극측의 단부에 접속된다. 5번째 접속 라인(160e)은, 셀측의 단부가 4번째 셀(110d)의 부극에 접속되고, 리액턴스 소자측의 단부가 4번째 리액턴스 소자(120d)에 있어서의 부극측의 단부에 접속된다. 즉, 4번째 셀(110d)과, 이것에 대응하는 4번째 리액턴스 소자(120d)는, 한 쌍의 접속 라인(160d, 160e)에 의해 일대일 대응으로 병렬 접속된다.
5번째 접속 라인(160e)은, 셀측의 단부가 5번째 셀(110e)의 정극에 접속되고, 리액턴스 소자측의 단부가 5번째 리액턴스 소자(120e)에 있어서의 정극측의 단부에 접속된다. 6번째 접속 라인(160f)은, 셀측의 단부가 5번째 셀(110e)의 부극에 접속되고, 리액턴스 소자측의 단부가 5번째 리액턴스 소자(120e)에 있어서의 부극측의 단부에 접속된다. 즉, 5번째 셀(110e)과, 이것에 대응하는 5번째 리액턴스 소자(120e)는, 한 쌍의 접속 라인(160e, 160f)에 의해 일대일 대응으로 병렬 접속된다.
6번째 접속 라인(160f)은, 셀측의 단부가 6번째 셀(110f)의 정극에 접속되고, 리액턴스 소자측의 단부가 6번째 리액턴스 소자(120f)에 있어서의 정극측의 단부에 접속된다. 7번째 접속 라인(160g)은, 셀측의 단부가 6번째 셀(110f)의 부극에 접속되고, 리액턴스 소자측의 단부가 6번째 리액턴스 소자(120f)에 있어서의 부극측의 단부에 접속된다. 즉, 6번째 셀(110f)과, 이것에 대응하는 6번째 리액턴스 소자(120f)는, 한 쌍의 접속 라인(160f, 160g)에 의해 일대일 대응으로 병렬 접속된다.
[스위칭 소자(140a 내지 140g)]
본 변형예의 축전 장치(100)는, 1번째 내지 3번째 스위칭 소자(140a 내지 140c) 외에, 4번째 스위칭 소자(140d), 5번째 스위칭 소자(140e), 6번째 스위칭 소자(140f) 및 7번째 스위칭 소자(140g)를 구비한다.
4번째 스위칭 소자(140d)는, 4번째 접속 라인(160d) 상에 배치되어 있고, 오프 상태 또는 온 상태로 됨으로써, 4번째 접속 라인(160d)을 개폐한다. 5번째 스위칭 소자(140e)는, 5번째 접속 라인(160e) 상에 배치되어 있고, 오프 상태 또는 온 상태로 됨으로써, 5번째 접속 라인(160e)을 개폐한다. 6번째 스위칭 소자(140f)는, 6번째 접속 라인(160f) 상에 배치되어 있고, 오프 상태 또는 온 상태로 됨으로써, 6번째 접속 라인(160f)을 개폐한다. 7번째 스위칭 소자(140g)는, 7번째 접속 라인(160g) 상에 배치되어 있고, 오프 상태 또는 온 상태로 됨으로써, 7번째 접속 라인(160g)을 개폐한다.
[축전 제어 장치(130)]
축전 제어 장치(130)는, 각 스위칭 소자(140a 내지 140g)의 동작을 제어하고, 셀(110a 내지 110f) 사이에서 에너지를 수수시킨다. 축전 제어 장치(130)는, 각 스위칭 소자(140a 내지 140g)에 제어 신호를 출력함으로써 각 스위칭 소자(140a 내지 140g)의 동작을 제어해도 된다.
[장치의 동작예]
본 변형예의 축전 장치(100)의 동작예를 이하에 설명한다. 이하의 동작예는, 본 개시에 관한 축전 제어 방법의 일 실시 형태를 포함한다.
본 변형예에서는, 축전 제어 장치(130)에 의해 스위칭 소자(140a 내지 140g)가 도 4의 A 내지 도 4의 C와 같이 제어됨으로써, 셀(110a 내지 110f) 사이에서 에너지가 수수된다.
구체적으로는, 도 4의 A에는, 스위칭 소자(140a 내지 140g)의 제1 제어 상태가 도시되어 있다. 제1 제어 상태에서는, 1번째 스위칭 소자(140a)와, 7번째 스위칭 소자(140g)가 온 상태로 제어되고, 2번째 내지 6번째 스위칭(140b 내지 140f)이 오프 상태로 제어된다. 즉, 제1 제어 상태에서는, 1번째 접속 라인(160a)과 7번째 접속 라인(160g)이 폐로되고, 2번째 내지 6번째 접속 라인(160b 내지 160f)이 개로된다. 이에 의해, 제1 제어 상태에서는, 모든 셀(110a 내지 110f)과 모든 리액턴스 소자(120a 내지 120f)가 폐로 상태의 접속 라인(160a, 160g)을 통하여 병렬 접속된다. 제1 제어 상태에서는, 모든 셀(110a 내지 110f)로부터 모든 리액턴스 소자(120a 내지 120f)로 에너지가 이동되고, 이동된 에너지는, 각 리액턴스 소자(120a 내지 120f)에 축적된다.
도 4의 B에는, 스위칭 소자(140a 내지 140g)의 제2 제어 상태가 도시되어 있다. 제2 제어 상태에서는, 모든 스위칭 소자(140a 내지 140g)가 오프 상태로 제어된다. 제1 제어 상태로부터의 변화는, 제1 제어 상태에 있어서 온 상태였던 1번째 스위칭 소자(140a) 및 7번째 스위칭 소자(140g)가 오프 상태로 전환된 것이다. 즉, 제2 제어 상태에서는, 모든 접속 라인(160a 내지 160g)이 개로된다. 이에 의해, 제2 제어 상태에서는, 모든 셀(110a 내지 110f)과 모든 리액턴스 소자(120a 내지 120f)가 절단된다. 제2 제어 상태에서는, 제1 제어 상태에 있어서 각 리액턴스 소자(120a 내지 120f)에 축적된 에너지가, 각 리액턴스 소자(120a 내지 120f)에 계속해서 축적된다.
도 4의 C에는, 스위칭 소자(140a 내지 140g)의 제3 제어 상태가 도시되어 있다. 제3 제어 상태에서는, 6번째 스위칭 소자(140f) 및 7번째 스위칭 소자(140g)가 온 상태로 제어되고, 1번째 내지 5번째 스위칭 소자(140a 내지 140e)가 오프 상태로 제어된다. 제2 제어 상태로부터의 변화는, 제2 제어 상태에 있어서 오프 상태였던 6번째 스위칭 소자(140f) 및 7번째 스위칭 소자(140g)가 온 상태로 전환된 것이다. 즉, 제3 제어 상태에서는, 6번째 접속 라인(160f) 및 7번째 접속 라인(160g)이 폐로되고, 1번째 내지 5번째 접속 라인(160a 내지 160e)이 개로된다. 이에 의해, 제3 제어 상태에서는, 6번째 셀(110f)과 6번째 리액턴스 소자(120f)가 병렬 접속된다. 제3 제어 상태에서는, 6번째 리액턴스 소자(120f)에 축적되어 있는 에너지가, 6번째 셀(110f)로 이동된다.
이상을 총괄하면, 본 변형예에서는, 모든 셀(110a 내지 110f)로부터 모든 리액턴스 소자(120a 내지 120f)로 에너지가 이동된 후에, 6번째 셀(110f)로 6번째 리액턴스 소자(120f)로부터 에너지가 이동된다. 즉, 셀(110a 내지 110f) 전체의 에너지가 리액턴스 소자(120a 내지 120f)로 분배된 후에, 보유 에너지가 상대적으로 작은 6번째 셀(110f)로, 6번째 리액턴스 소자(120f)로 분배된 에너지가 공급된다. 단, 이상의 동작은 어디까지나 일례이며, 본 개시의 범위를 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 축전 장치(100)는, 6번째 셀(110f) 이외의 셀이 보유하는 에너지가 상대적으로 작은 경우에도 유효하게 동작할 수 있다.
본 변형예에 의하면, 도 1의 축전 장치(100)와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있고, 다직렬의 셀 사이의 전압 균등화 처리를 간이한 구성에 의해 신속히 행할 수 있거나, 또는, 전압 균등화 처리 형태의 자유도를 향상시킬 수 있다.
<3. 제2 실시 형태>
[장치의 구성예]
본 실시 형태의 축전 장치(100)는, 도 1 및 도 3의 축전 장치(100)에 대하여 축전 제어 장치(130)의 제어 내용이 특정되어 있다.
구체적으로는, 본 실시 형태의 축전 제어 장치(130)는, 복수의 셀 중 일련의 셀 양단에 배치된 접속 라인의 제1 쌍을 폐로시키는 구성이다. 여기서, 일련의 셀은, 연속되는 2 이상의 셀이라면, 모든 셀에 한정되지 않는다. 따라서, 접속 라인의 제1 쌍은, 도 4의 A에 도시한 양단의 접속 라인(160a, 160g)에 한정되지 않는다. 또한, 본 실시 형태의 축전 제어 장치(130)는, 접속 라인의 제1 쌍을 폐로시킨 후, 접속 라인의 제1 쌍을 개로시키고, 또한 상기 일련의 셀 중 대상 셀의 양단에 배치된 접속 라인의 제2 쌍을 폐로시키는 구성이다. 대상 셀은, 에너지를 수취하는 대상이 되는 셀, 즉 급전 대상이 되는 셀이다. 축전 제어 장치(130)는, 접속 라인의 제1 쌍의 각각에 배치된 스위칭 소자를 제어함으로써, 접속 라인의 제1 쌍을 개폐한다. 축전 제어 장치(130)는, 접속 라인의 제2 쌍의 각각에 배치된 스위칭 소자를 제어함으로써, 접속 라인의 제2 쌍을 개폐한다.
축전 제어 장치(130)는, 미리 설정된 선택 기준에 따라서 일련의 셀을 선택해도 된다. 일련의 셀 중에는, 대상 셀에 대한 에너지 공급의 실효성을 확보하기 위해서, 대상 셀보다도 전압이 큰 셀이 포함되는 것이 바람직하다. 축전 제어 장치(130)는, 모든 셀 중 전압이 최대인 셀을 포함하는 일련의 셀을 선택하면, 보다효율적인 전압 균등화 처리가 가능하게 된다. 축전 제어 장치(130)는, 일련의 셀의 선택 결과를, 예를 들어 셀의 번호 등의 셀의 식별 정보와 대응지어서 축전 제어 장치(130)의 기억 영역에 기록해도 된다.
축전 제어 장치(130)는, 접속 라인의 제1 쌍을 폐로시킬 때, 예를 들어 미리 기억 영역에 기억되어 있는 셀과 스위칭 소자와의 대응 관계를 나타내는 정보와, 일련의 셀의 선택 결과에 기초하여, 온 상태로 전환해야 할 스위칭 소자를 결정해도 된다. 셀과 스위칭 소자의 대응 관계는, 셀과, 이 셀의 정극 및 부극에 접속된 스위칭 소자와의 관계여도 된다. 또한, 셀과 스위칭 소자의 대응 관계를 나타내는 정보는, 셀의 식별 정보와, 셀에 대응하는 스위칭 소자의 식별 정보가 관련지어진 정보여도 된다.
대상 셀은, 미리 설정된 선택 기준에 따라서 선택된 셀이어도 된다. 축전 제어 장치(130)는, 접속 라인의 제2 쌍을 폐로시킬 때, 예를 들어 미리 기억 영역에 기억되어 있는 셀과 스위칭 소자와의 대응 관계와, 대상 셀의 식별 정보에 기초하여, 온 상태로 전환해야 할 스위칭 소자를 결정해도 된다.
[장치의 동작예]
도 5는 본 실시 형태의 축전 장치(100)의 동작예를 도시하는 흐름도이다. 도 5의 동작예는, 본 개시에 관한 축전 제어 방법의 일 실시 형태를 포함한다.
설명의 편의상, 도 5의 초기 상태에서는, 모든 스위칭 소자가 오프 상태, 즉 모든 접속 라인이 개로 상태임으로써, 모든 셀이 리액턴스 소자로부터 절단된 상태로 한다.
그리고, 초기 상태로부터, 우선, 도 5의 스텝 51(S51)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 일련의 셀을 선택한다.
이어서, 스텝 52(S52)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 스텝 51(S51)에서 선택된 일련의 셀에 대응하는 접속 라인의 제1 쌍을, 이 제1 쌍에 대응하는 스위칭 소자를 온 상태로 전환함으로써 폐로한다.
스텝 52(S52)에 의해, 일련의 셀이, 폐로된 접속 라인의 제1 쌍을 통하여, 일련의 셀에 대응하는 일련의 리액턴스 소자에 병렬 접속된다. 그리고, 일련의 셀로부터 일련의 리액턴스 소자로 전류가 흐르고, 일련의 셀로부터 일련의 리액턴스 소자로 에너지가 이동된다. 이동된 에너지는, 각 리액턴스 소자의 상수에 따라서 각 리액턴스 소자에 축적된다.
이어서, 스텝 53(S53)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 스텝 52(S52)에 있어서 폐로된 접속 라인의 제1 쌍을, 이 제1 쌍에 대응하는 스위칭 소자를 오프 상태로 전환함으로써 개로한다. 이때, 스텝 52(S52)에 있어서 일련의 리액턴스 소자에 축적된 에너지는, 각 리액턴스 소자에 계속해서 축적된다.
이어서, 스텝 54(S54)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 일련의 셀 중 대상 셀에 대응하는 접속 라인의 제2 쌍을, 이 제2 쌍에 대응하는 스위칭 소자를 온 상태로 전환함으로써 폐로한다.
스텝 54(S54)에 의해, 대상 셀만이, 폐로된 접속 라인의 제2 쌍을 통하여, 대상 셀에 대응하는 리액턴스 소자에 병렬 접속된다. 그리고, 대상 셀에 대응하는 리액턴스 소자로부터 대상 셀로 전류가 흘러서 에너지가 이동된다.
이어서, 스텝 55(S55)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 스텝 54(S54)에서 폐로된 접속 라인의 제2 쌍을, 이 제2 쌍에 대응하는 스위칭 소자를 오프 상태로 전환함으로써 개로한다. 그 후에는 전압 균등화 처리를 종료할지, 또는, 필요에 따라 스텝 51(S51) 또는 스텝 52(S52)로 복귀된다.
본 실시 형태의 축전 장치(100)에 의하면, 일련의 셀로부터 대응하는 리액턴스 소자군에 에너지를 넘겨주어 개개의 리액턴스 소자에 분배시킨 후에, 대상 셀이, 대응하는 리액턴스 소자로부터 이 소자에 분배된 에너지를 수취할 수 있다. 이에 의해, 간편한 접속 라인의 개폐 동작에 의한 신속한 전압 균등화 처리가 가능하게 된다.
<4. 제2 실시 형태의 제1 변형예>
[장치의 구성예]
본 변형예의 축전 장치(100)는, 도 5에서 설명한 축전 장치(100)에 대하여 축전 제어 장치(130)의 제어 내용이 특정되어 있다.
구체적으로는, 본 변형예의 축전 제어 장치(130)는, 모든 셀을 일련의 셀로서 선택하고, 복수의 대상 셀을 선택하는 구성이다. 즉, 본 변형예의 축전 제어 장치(130)는, 모든 셀로부터 모든 리액턴스 소자에 에너지를 이동시킨 다음에 접속 라인의 제1 쌍을 개로시킨 후에, 복수 쌍의 접속 라인의 제2 쌍을 폐로시키는 구성이다. 복수의 대상 셀은, 서로 인접하는 위치 관계를 갖고 있어도 되고, 또는, 서로 이격된 위치 관계를 갖고 있어도 되며, 또는, 이들 양쪽의 위치 관계를 갖는 대상 셀이 혼재하고 있어도 된다.
[장치의 동작예]
본 변형예의 축전 장치(100)의 동작예를 이하에 설명한다. 이하의 동작예는, 본 개시에 관한 축전 제어 방법의 일 실시 형태를 포함한다.
본 변형예에서는, 축전 제어 장치(130)에 의한 스위칭 소자(140a 내지 140g)의 제어에 의해 접속 라인(160a 내지 160g)이 도 6의 A 내지 도 6의 C와 같이 개폐 됨으로써, 일련의 셀과 복수의 대상 셀 사이에서 에너지가 수수된다.
구체적으로는, 도 6의 A에는, 접속 라인의 제1 쌍의 폐로 상태가 도시되어 있다. 보다 구체적으로는, 도 6의 A의 상태는, 1번째 접속 라인(160a)과 7번째 접속 라인(160g)의 쌍, 즉 세트가, 접속 라인의 제1 쌍으로서 폐로된 상태이다. 도 6의 A의 상태에서는, 1번째 내지 6번째 셀(110a 내지 110f)로부터, 1번째 내지 6번째 리액턴스 소자(120a 내지 120f)로 에너지가 이동되고, 이동된 에너지는, 각 리액턴스 소자(120a 내지 120f)에 축적된다.
도 6의 B에는, 도 6의 A에 있어서 폐로된 접속 라인의 제1 쌍의 개로 상태가 도시되어 있다. 도 6의 B의 상태에서는, 도 6의 A의 상태에 있어서 각 리액턴스 소자(120a 내지 120f)에 축적된 에너지가, 각 리액턴스 소자(120a 내지 120f)에 계속해서 축적된다.
도 6의 C에는, 접속 라인의 제2 쌍의 폐로 상태가 도시되어 있다. 도 6의 C의 상태는, 2번째 접속 라인(160b)과 3번째 접속 라인(160c)의 쌍이, 접속 라인의 제2 쌍으로서 폐로된 상태이다. 또한, 도 6의 C의 상태는, 5번째 접속 라인(160e)과 7번째 접속 라인(160g)의 쌍도, 접속 라인의 제2 쌍으로서 폐로된 상태이다. 도 6의 C의 상태에서는, 2번째 리액턴스 소자(120b)에 축적되어 있는 에너지가 2번째 셀(110b)로 이동된다. 또한, 도 6의 C의 상태에서는, 5번째 및 6번째 리액턴스 소자(120e, 120f)에 축적되어 있는 에너지가, 5번째 및 6번째 셀(110e, 110f)로 이동된다.
단, 이상의 동작은 본 변형예의 일 형태에 지나지 않고, 본 변형예의 범위를 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 축전 장치(100)는, 2번째, 5번째 및 6번째 셀(110b, 110e, 110f) 이외의 복수의 셀이 대상 셀이 되는 경우에도 유효하게 동작할 수 있다.
접속 라인의 제1 쌍과 접속 라인의 제2 쌍이 공통의 접속 라인을 포함하지 않는 경우 등에 있어서는, 축전 제어 장치(130)는, 접속 라인의 제1 쌍의 개로와 접속 라인의 제2 쌍의 폐로를 동시에 행해도 된다. 접속 라인의 제1 쌍과 접속 라인의 제2 쌍이 공통의 접속 라인을 포함하는 경우에 대해서는, 공통의 접속 라인은 개로 상태를 경유하지 않고 폐로 상태를 계속하게 해도 된다.
본 변형예의 축전 장치(100)에 의하면, 도 5에서 설명한 축전 장치(100)와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있거나, 또는, 대상 셀의 위치 및 개수의 제약이 완화된 플렉시블한 전압 균등화 처리가 가능하게 된다. 또는, 본 변형예의 축전 장치(100)에 의하면, 복수의 대상 셀로 에너지를 동시에 이동시킬 수 있으므로, 전압 균등화 처리의 신속성을 유효하게 확보하는 것이 가능하게 된다.
<5. 제2 실시 형태의 제2 변형예>
[장치의 구성예]
본 변형예의 축전 장치(100)는, 도 6에서 설명한 축전 장치(100)에 대하여 축전 제어 장치(130)의 제어 내용이 상이하다.
구체적으로는, 본 변형예의 축전 제어 장치(130)는, 전체 셀 중 일부의 셀을 일련의 셀로서 선택하고, 복수의 대상 셀을 선택하는 구성이다. 즉, 본 변형예의 축전 제어 장치(130)는, 연속되는 일부의 셀로부터 연속되는 일부의 리액턴스 소자로 에너지를 이동시킨 다음에 접속 라인의 제1 쌍을 개로시킨 후, 복수 쌍의 접속 라인의 제2 쌍을 폐로시키는 구성이다. 전체 셀 중 일부의 셀을 일련의 셀로서 선택하는 경우에는, 셀 전압에 기초하여 전압 균등화 처리를 필요로 하지 않는다고 판단되는 셀을 일련의 셀로부터 제외하는 경우 등이어도 된다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 최대 전압 셀과 최소 전압 셀에 끼어 있지 않은 셀을 제외해도 되지만, 이것에 한정되지 않는다.
[장치의 동작예]
본 변형예의 축전 장치(100)의 동작예를 이하에 설명한다. 이하의 동작예는, 본 개시에 관한 축전 제어 방법의 일 실시 형태를 포함한다.
본 변형예에서는, 축전 제어 장치(130)에 의한 스위칭 소자(140a 내지 140g)의 제어에 의해 접속 라인(160a 내지 160g)이 도 7의 A 내지 도 7의 C와 같이 개폐됨으로써, 일련의 셀과 복수의 대상 셀 사이에서 에너지가 수수된다.
구체적으로는, 도 7의 A에는, 일련의 셀로서 선택된 일부의 셀에 대응하는 접속 라인의 제1 쌍이 폐로된 상태가 도시되어 있다. 보다 구체적으로는, 도 7의 A의 상태는, 2번째 내지 6번째 셀(110b 내지 110f)이 일련의 셀에 선택된 상태이다. 또한, 도 7의 A의 상태는, 2번째 접속 라인(160b)과 7번째 접속 라인(160g)이 접속 라인의 제1 쌍으로서 폐로된 상태이다.
도 7의 A의 상태에서는, 일련의 셀(110b 내지 110f)로부터, 전체적으로, 2번째 내지 6번째 리액턴스 소자(120b 내지 120f)로 에너지가 이동되고, 이동된 에너지는, 각 리액턴스 소자(120b 내지 120f)에 축적된다.
도 7의 B에는, 도 7의 A에 있어서 폐로된 접속 라인의 제1 쌍의 개로 상태가 도시되어 있다. 도 7의 B의 상태에서는, 도 7의 A의 상태에 있어서 일련의 리액턴스 소자(120b 내지 120f)에 축적된 에너지가, 각 리액턴스 소자(120b 내지 120f)에 계속해서 축적된다.
도 7의 C에는, 접속 라인의 제2 쌍의 폐로 상태가 도시되어 있다. 도 7의 C의 상태는, 3번째 접속 라인(160c)과 4번째 접속 라인(160d)의 쌍이, 접속 라인의 제2 쌍으로서 폐로된 상태이다. 또한, 도 7의 C의 상태는, 6번째 접속 라인(160f)과 7번째 접속 라인(160g)의 쌍도, 접속 라인의 제2 쌍으로서 폐로된 상태이다. 도 7의 C의 상태에서는, 3번째 리액턴스 소자(120c)에 축적된 에너지가 3번째 셀(110c)로 이동되고, 6번째 리액턴스 소자(120f)에 축적된 에너지가, 6번째 셀(110f)로 이동된다.
단, 이상의 동작은 본 변형예의 일 형태에 지나지 않고, 본 변형예의 범위를 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 일련의 셀로서, 가장 부극측의 셀을 제외한 일련의 셀이나, 가장 정극측 및 가장 부극측의 셀을 제외한 일련의 셀이 선택되어도 된다.
본 변형예의 축전 장치(100)에 의하면, 도 6의 축전 장치(100)와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있거나, 또는, 일련의 셀의 위치 및 개수의 제약이 완화된 플렉시블한 전압 균등화 처리가 가능하게 된다.
<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, 제2 실시 형태의 축전 장치(100)에 대하여 축전 제어 장치(130)의 구성이 상이하다. 즉, 축전 제어 장치(130)는, 대상 셀을 선택한 다음에 접속 라인의 제1 쌍을 폐로시키는 구성이다.
구체적으로는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 축전 장치(100)는, 셀 전압 감시부(150)를 구비한다. 또한, 도 8에 도시하는 바와 같이, 축전 제어 장치(130)는, 대상 셀 선택부(131) 및 스위치 구동 결정부(132)를 구비한다.
[셀 전압 감시부(150)]
셀 전압 감시부(150)는, 각 셀(110a 내지 110f)의 전압을 감시하는 구성이다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 셀 전압 감시부(150)는, 각 셀(110a 내지 110f)의 정극 및 부극에 접속되어 있고, 각 셀(110a 내지 110f)의 단자 간 전압을 개별로 감시하는 구성이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 각 셀(110a 내지 110f)과 셀 전압 감시부(150)를 접속하는 배선(170)의 수는, 접속 라인(160a 내지 160g)과 동수여도 된다.
셀 전압 감시부(150)는, 각 셀(110a 내지 110f)의 전압의 감시 결과, 즉 검출된 셀 전압을 축전 제어 장치(130)에 출력한다. 감시 결과는, 축전 제어 장치(130)측에서 감시 결과에 대응하는 셀(110a 내지 110f)을 특정 가능한 형태로 출력되어도 된다. 예를 들어, 감시 결과는, 축전 제어 장치(130)에 있어서의 셀(110a 내지 110f)마다의 입력 단자를 향하여 출력되거나, 셀(110a 내지 110f)의 식별 정보가 대응지어지거나 해도 된다.
셀 전압 감시부(150)의 형태는 한정되지 않고, 셀(110a 내지 110f)의 전압을 감시 가능한 다양한 전자 장치를 채용할 수 있다. 전자 장치는, 집적 회로 등을 포함해도 된다.
[축전 제어 장치(130)]
[대상 셀 선택부(131)]
대상 셀 선택부(131)는, 대상 셀을 선택하는 구성이다. 대상 셀 선택부(131)에는, 셀 전압 감시부(150)로부터 출력된 감시 결과가 입력된다. 대상 셀 선택부(131)는, 셀 전압 감시부(150)로부터 입력된 감시 결과에 기초하여 대상 셀을 선택한다.
대상 셀 선택부(131)에 의한 대상 셀의 선택 기준은 한정되지 않는다. 예를 들어, 대상 셀 선택부(131)는, 셀 전압이 상대적으로 작은, 즉 낮은 셀을 우선적으로 대상 셀에 선택해도 된다. 또한, 대상 셀 선택부(131)는, 셀 전압이 작은 셀의 개수나 위치에 따라, 대상 셀의 개수나 위치를 결정해도 된다.
[스위치 구동 결정부(132)]
스위치 구동 결정부(132)는, 스위칭 소자(140a 내지 140g)의 구동 방법, 예를 들어 스위칭 소자(140a 내지 140g)에 대한 온 동작 또는 오프 동작의 할당 및 순서 등을 결정하는 구성이다. 또한, 스위치 구동 결정부(132)는, 결정된 스위칭 소자(140a 내지 140g)의 구동 방법에 따라서 스위칭 소자(140a 내지 140g)를 구동하는 구성이다.
스위치 구동 결정부(132)는, 대상 셀 선택부(131)에 의한 대상 셀의 선택 결과를 받아, 스위칭 소자(140a 내지 140g)의 구동 방법을 결정한다. 즉, 스위치 구동 결정부(132)는, 대상 셀이 선택된 다음에, 일련의 셀에 대응하는 스위칭 소자, 즉 접속 라인의 제1 쌍에 대응하는 스위칭 소자를, 온 상태로 전환하는 구성이다. 스위치 구동 결정부(132)는, 스위칭 소자(140a 내지 140g)의 구동 방법을 결정할 때에는, 각 셀(110a 내지 110f) 중 어느 것을 일련의 셀로서 선택할지를 판단해도 된다. 이러한 판단은, 셀 전압 감시부(150)의 감시 결과에 기초해도 된다. 스위치 구동 결정부(132)가 항상 모든 셀을 일련의 셀에 선택하는 구성일 경우에는, 스위치 구동 결정부(132)는, 일련의 셀로서 선택해야 할 셀을 판단하지 않아도 된다. 스위치 구동 결정부(132)는, 결정된 구동 방법에 따른 제어 신호를 스위칭 소자(140a 내지 140g)에 출력해도 된다.
대상 셀 선택부(131) 및 스위치 구동 결정부(132)는, 하드웨어 또는 소프트웨어 혹은 이들 양쪽에 의해 구현화해도 된다.
[장치의 동작예]
도 9는 본 실시 형태의 축전 장치(100)의 동작예를 도시하는 흐름도이다. 도 9에 도시하는 동작예는, 본 개시에 관한 축전 제어 방법의 일 실시 형태를 포함한다.
설명의 편의상, 도 9의 초기 상태에서는, 전압 균등화 처리는 개시되어 있지 않고, 모든 스위칭 소자(140a 내지 140g)가 오프 상태, 즉, 모든 셀(110a 내지 110f)이 리액턴스 소자(120a 내지 120f)로부터 절단된 상태로 한다.
그리고, 초기 상태로부터, 우선, 도 9의 스텝 91(S91)에 있어서, 셀 전압 감시부(150)에 의해, 셀 전압을 감시한다.
이어서, 스텝 92(S92)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 스텝 91(S91)에서의 셀 전압의 감시 결과에 기초하여, 전압 균등화 처리를 계속해야 할지 여부를 판정한다. 그리고, 스텝 92(S92)에 있어서 긍정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 93(S93)으로 진행하고, 부정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 91(S91)로 복귀된다.
이어서, 스텝 93(S93)에 있어서, 대상 셀 선택부(131)에 의해, 스텝 91(S91)에서의 셀 전압의 감시 결과에 기초하여 대상 셀을 선택한다.
이어서, 스텝 94(S94)에 있어서, 스위치 구동 결정부(132)에 의해, 스위칭 소자(140a 내지 140g)의 구동 방법을 결정한다. 이 결정은, 스텝 93(S93)에 있어서의 대상 셀의 선택 결과에 기초한다.
그리고, 스텝 95(S95) 이후에는, 스위치 구동 결정부(132)에 의해, 스텝 94(S94)에 있어서 결정된 스위칭 소자(140a 내지 140g)의 구동 방법에 따라서 스위칭 소자(140a 내지 140g)를 구동한다. 구체적으로는, 스텝 95(S95)에 있어서는, 일련의 셀에 대응하는 스위칭 소자를 온 상태로 전환하고, 접속 라인의 제1 쌍을 폐로시킨다.
이어서, 스텝 96(S96)에 있어서는, 스텝 95(S95)에서 온 상태로 전환된 일련의 셀에 대응하는 스위칭 소자를 오프 상태로 전환하고, 접속 라인의 제1 쌍을 개로시킨다.
이어서, 스텝 97(S97)에 있어서는, 스텝 93(S93)에서 선택된 대상 셀에 대응하는 스위칭 소자를 온 상태로 전환하고, 접속 라인의 제2 쌍을 폐로시킨다.
이어서, 스텝 98(S98)에 있어서는, 스텝 97(S97)에서 온 상태로 전환된 대상 셀에 대응하는 스위칭 소자를 오프 상태로 전환하고, 접속 라인의 제2 쌍을 개로시킨다. 그 후에는 스텝 91(S91)로 복귀된다.
본 실시 형태의 축전 장치(100)에 의하면, 제2 실시 형태의 축전 장치(100)와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있다. 또는, 본 실시 형태에 따르면, 미리 대상 셀을 선택함으로써, 스위치 구동 결정부(132)가 일련의 셀로서 선택해야 할 셀을 판단하는 구성인 경우에, 스위치 구동 결정부(132)가 일련의 셀에 대상 셀이 포함되도록 일련의 셀을 적절하게 선택할 수 있다.
또는, 본 실시 형태의 축전 장치(100)에 의하면, 미리 대상 셀을 선택함으로써, 접속 라인의 제1 쌍의 폐로와 접속 라인의 제2 쌍의 폐로와의 전환을, 접속 라인의 제1 쌍의 개로 후에 있어서의 대상 셀의 선택을 기다리는 일 없이 빠르게 행할 수 있다. 이렇게 접속 라인의 개폐 동작의 연속성을 확보하는 것은, 후술하는 <11. 제5 실시 형태의 제1 변형예>의 실효성을 확보하는 것으로도 이어질 수 있다.
<7. 제3 실시 형태의 제1 변형예>
[장치의 구성예]
본 변형예의 축전 장치(100)는, 도 8의 축전 장치(100)에 대하여 대상 셀을 선택하기 위한 구성이 특정되어 있다.
구체적으로는, 본 변형예의 축전 제어 장치(130)는, 전압이 최소인 셀을 대상 셀에 포함시키는 구성이다. 본 변형예의 대상 셀 선택부(131)는, 셀 전압 감시부(150)의 감시 결과에 기초하여, 전압이 최소인 셀을 검지하는 구성이다. 또한, 본 변형예의 대상 셀 선택부(131)는, 전압이 최소인 셀을 포함하는 대상 셀을 선택하는 구성이다.
대상 셀은, 전압이 최소인 셀만이어도 되고, 또는, 전압이 최소인 셀 이외의 셀도 포함해도 된다. 그 이외에도, 대상 셀의 선택의 형태는 한정되지 않는다. 예를 들어, 전압이 최소인 제1 셀과, 제1 셀의 전위차가 소정 값 이내인 1 또는 2 이상의 제2 셀이 존재하는 경우, 대상 셀 선택부(131)는, 제1 셀과 제2 셀의 양쪽을 대상 셀로 선택해도 된다. 이 경우, 제1 셀과 제2 셀은, 인접하는 위치 관계를 갖고 있어도 되거나, 또는, 이격된 위치 관계를 갖고 있어도 된다.
[장치의 동작예]
도 10은 본 변형예의 축전 장치(100)의 동작예를 도시하는 흐름도이다. 도 10에 도시하는 동작예는, 본 개시에 관한 축전 제어 방법의 일 실시 형태를 포함한다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 본 변형예에서는, 도 9에 있어서의 스텝 93(S93)이 스텝 931(S931) 및 스텝 932(S932)에 의해 구현화된다.
구체적으로는, 스텝 931(S931)에서는, 대상 셀 선택부(131)에 의해, 셀 전압 감시부(150)의 감시 결과에 기초하여, 전압이 최소인 셀을 검지한다.
스텝 932(S932)에서는, 대상 셀 선택부(131)에 의해, 스텝 931(S931)에 있어서 검지된 전압이 최소인 셀을 포함하는 대상 셀을 선택한다. 대상 셀을 선택한 후에는 스텝 94(S94)로 진행한다.
본 변형예의 축전 장치(100)에 의하면, 도 8의 축전 장치(100)와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있거나, 또는, 전압이 최소인 셀에 에너지를 수취시킴으로써, 더욱 효율적인 전압 균등화 처리가 가능하게 된다.
<8. 제4 실시 형태>
[장치의 구성예]
도 11은 본 실시 형태의 축전 장치(100)의 구성예를 모식적으로 도시하는 전체도이다. 본 실시 형태의 축전 장치(100)는, 제1 내지 제3 실시 형태의 축전 장치(100)에 대하여, 리액턴스 소자 및 스위칭 소자의 구성이 특정되어 있다. 이하, 상세하게 설명한다.
[리액턴스 소자(120a 내지 120b)]
본 실시 형태에 있어서의 리액턴스 소자(120a 내지 120f)는, 콘덴서(121)이다. 리액턴스 소자(120a 내지 120f)는, 일련의 셀로부터 이동된 에너지를 전하로서 축적한다.
[스위칭 소자(140a 내지 140g)]
도 11에 도시하는 바와 같이, 각 스위칭 소자(140a 내지 140g)는, 기생 다이오드의 방향이 서로 상반되는 한 쌍의 MOSFET(141)에 의해 구성되어 있다. 각 MOSFET(141)은, 스위치 구동 결정부(132)에 접속되어 있고, 스위치 구동 결정부(132)로부터 제어 신호의 일례인 게이트 전압, 즉 게이트·소스 간 전압이 인가됨으로써, 온 상태 또는 오프 상태로 된다. 동일한 스위칭 소자를 구성하는 MOSFET(141)끼리는 직렬 접속되어 있다. 동일한 스위칭 소자를 구성하는 MOSFET(141)끼리는, 드레인 전극끼리 접속되어 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 기생 다이오드에 의한 전류의 흐름을 방지하여 쌍방향의 전류에 대한 스위치 기능을 발휘시킬 수 있다. MOSFET(141)은, 도 11에 도시하는 바와 같은 P 채널형에 한정되지 않고, n 채널형이어도 된다. 또한, 동일한 스위칭 소자를 구성하는 MOSFET(141)끼리는, 소스 전극끼리 접속되어 있어도 된다.
[장치의 동작예]
본 실시 형태의 축전 장치(100)는, 스위치 구동 결정부(132)가, 일련의 셀에 대응하는 스위칭 소자에 대하여 예를 들어 게이트 역치 전압(절댓값) 이상의 게이트 전압(절댓값)을 공급함으로써, 일련의 셀에 대응하는 스위칭 소자를 온 상태로 전환한다. 이에 의해, 일련의 셀로부터 일련의 리액턴스 소자에, 접속 라인의 제1 쌍을 통하여 전류, 즉 방전 전류가 흐르고, 각 리액턴스 소자를 구성하는 콘덴서에 전하가 축적된다. 이와 같이 하여 일련의 셀로부터 일련의 리액턴스 소자로 에너지가 이동된 후에는 스위치 구동 결정부(132)가, 예를 들어 게이트 전압(절댓값)을 게이트 역치 전압(절댓값) 미만으로 함으로써, 일련의 셀에 대응하는 스위칭 소자를 오프 상태로 전환한다. 그리고, 스위치 구동 결정부(132)가, 대상 셀에 대응하는 스위칭 소자를 온 상태로 전환한다. 이에 의해, 리액턴스 소자에 축적되어 있는 전하가, 접속 라인의 제2 쌍을 통하여, 대상 셀로 전류, 즉 충전 전류로서 흐른다. 이와 같이 하여, 리액턴스 소자로부터 대상 셀로 에너지가 이동된다.
본 실시 형태의 축전 장치(100)에 의하면, 제1 내지 제3 실시 형태의 축전 장치(100)와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있거나, 또는, 콘덴서에 의해, 셀(110a 내지 110f)의 단락의 방지 능력, 즉 안전성이 향상된 전압 균등화 처리가 가능하게 된다.
이어서, 본 실시 형태와 마찬가지로 MOSFET을 스위칭 소자에 적용한 축전 장치의 비교예를, 도 12 및 도 13에 도시한다. 도 12에 도시하는 제1 비교예의 축전 장치(200)는, 인접하는 셀(210)끼리의 사이에서, 콘덴서(220)를 통하여 에너지를 수수하는 구성이다. 도 13에 도시하는 제2 비교예의 축전 장치(300)는, 인접의 유무를 막론하고 임의의 셀(310)끼리의 사이에서 콘덴서(320)를 통해서 에너지를 수수하는 구성이다. 도 12 및 도 13을 도 11과 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 양쪽 비교예의 축전 장치(200, 300) 모두, 본 실시 형태의 축전 장치(100)에 비하여 스위칭 소자(240, 340)의 개수가 증가하였다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 축전 장치(100)에서는, 스위칭 소자(140a 내지 140g)가 7개인 것에 반해, 비교예의 축전 장치(200, 300)에서는, 스위칭 소자(240, 340)가 12개로 증가하였다. 또한, 비교예의 축전 장치(200, 300)에서는, 본 실시 형태의 축전 장치(100)에 비교하여 접속 라인(260, 360)의 개수도 증가하였다.
즉, 본 실시 형태의 축전 장치(100)는, 스위칭 소자(140a 내지 140g) 및 접속 라인(160a 내지 160g)의 개수가 셀(110a 내지 110f)의 개수에 1을 더한 개수이며, 비교예보다도 스위칭 소자 및 접속 라인의 수를 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 비교예보다도 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 축전 장치(100)에 의하면, 인접하는 셀끼리의 에너지의 수수를 반복하여 전압 균등화 처리를 행하는 경우에 비교하여 전압 균등화 처리를 신속히 행할 수 있다.
<9. 제4 실시 형태의 제1 변형예>
[장치의 구성예]
본 변형예의 축전 장치(100)는, 도 11의 축전 장치(100)에 대하여 각 리액턴스 소자(160a 내지 160f)의 상수가 특정되어 있다.
구체적으로는, 본 변형예에 있어서, 각 리액턴스 소자(160a 내지 160f)의 상수, 즉 콘덴서의 정전 용량은, 서로 동일하게 되어 있다.
[장치의 동작예]
도 14에는, 본 변형예의 축전 장치(100)의 동작예가 모식적으로 도시되어 있다. 구체적으로는, 도 14의 A에는, 1번째 스위칭 소자(140a) 및 7번째 스위칭 소자(140g)의 온 상태가 도시되어 있다. 즉, 도 14의 A에는, 접속 라인의 제1 쌍의 폐로 상태로서, 1번째 접속 라인(160a)과 7번째 접속 라인(160g)이 폐로된 상태가 도시되어 있다. 도 14의 B에는, 6번째 스위칭 소자(140f) 및 7번째 스위칭 소자(140g)의 온 상태가 도시되어 있다. 즉, 도 14의 B에는, 접속 라인의 제2 쌍의 폐로 상태로서, 6번째 접속 라인(160f)과 7번째 접속 라인(160g)이 폐로된 상태가 도시되어 있다.
도 14의 A에 도시하는 바와 같이, 각 셀(110a 내지 110f)의 전압을 V1 내지 V6으로 했을 경우, 각 리액턴스 소자(120a 내지 120f)의 전압 Vc는, 각 리액턴스 소자(120a 내지 120f)의 상수가 동등한 것에 의해, (V1+V2+V3+V4+V5+V6)/6이 된다. 즉, 각 리액턴스 소자(120a 내지 120f)의 전압은, 각 셀(110a 내지 110f)의 평균 전압이 된다. 도 14에서는 V6<Vc라 가정한다.
도 14의 B에 도시하는 바와 같이, 리액턴스 소자(120a 내지 120f)보다도 전압이 낮은 6번째 셀(110f)과, 6번째 리액턴스 소자(120f)가 접속됨으로써, 리액턴스 소자(120f)로부터 셀(110f)로 에너지가 이동된다. 이때, 에너지가 이동되는 셀(110f)은, 전압이 최소인 셀이어도 되고, 또는, 리액턴스 소자(120a 내지 120f)보다도 전압이 낮으면, 전압이 최소인 셀 이외의 셀이어도 된다.
본 변형예의 축전 장치(100)에 의하면, 도 11의 축전 장치(100)와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있거나, 또는, 각 셀의 평균적인 에너지를 수수시킴으로써, 효율적인 전압 균등화 처리가 가능하게 된다.
<10. 제5 실시 형태>
도 15는 본 실시 형태의 축전 장치(100)의 구성예를 모식적으로 도시하는 전체도이다. 본 실시 형태의 축전 장치(100)는, 도 11의 축전 장치(100)에 대하여 리액턴스 소자의 구성이 상이하다. 이하, 상세하게 설명한다.
[리액턴스 소자(120a 내지 120b)]
본 실시 형태에 있어서의 리액턴스 소자(120a 내지 120f)는, 콘덴서(121) 및 리액터(122), 즉 인덕터이다. 리액턴스 소자(120a 내지 120f)는, LC 직렬 공진 회로를 구성한다. 본 실시 형태의 축전 장치(100)는, 콘덴서(121)뿐만 아니라 리액터(122)에도 에너지가 축적되는 구성이다. 본 실시 형태의 축전 장치(100)는, 리액턴스 소자(120a 내지 120f)의 직렬 공진 현상에 의해 발생하는 공진 전류를 이용하여, 전압 균등화 처리를 행하는 구성이다.
[장치의 동작예]
본 실시 형태의 축전 장치(100)에서는, 접속 라인의 제1 쌍의 폐로 상태에 있어서, 일련의 셀로부터 일련의 리액턴스 소자를 향하는 공진 전류, 즉 방전 전류가 흘러, 일련의 리액턴스 소자로 에너지가 이동된다. 각 리액턴스 소자(120a 내지 120f)의 상수가 서로 동일한 경우, 일련의 리액턴스 소자로 이동된 에너지는, 일련의 리액턴스 소자에 균등하게 분배된다. 접속 라인의 제2 쌍의 폐로 상태에 있어서는, 리액턴스 소자로부터 대상 셀을 향하는 공진 전류, 즉 충전 전류가 흘러, 대상 셀로 에너지가 이동된다.
도 16에, 공진 전류의 일례를 모식적으로 도시한다. 도 16의 횡축은 시각 t이고, 도 16의 종축은 공진 전류의 전류값 i이다. 도 16에서는, 방전 전류의 전류값을 정, 충전 전류의 전류값을 부로 하고 있다. 도 16에 있어서의 기간 T1에서는, 접속 라인의 제1 쌍이 폐로되어 있고, 정현파적으로 시간 변화하는 방전 전류가 흐른다. 도 16에 있어서의 기간 T2에서는, 접속 라인의 제2 쌍이 폐로되어 있고, 정현파적으로 시간 변화하는 충전 전류가 흐른다.
본 실시 형태의 축전 장치(100)에 의하면, 도 11의 축전 장치(100)와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있거나, 또는, 셀끼리의 전위차가 적은 경우에도, 리액터(122)를 통하여 셀 사이에서 에너지를 신속히 수수할 수 있다. 또는, 본 실시 형태의 축전 장치(100)에 의하면, 리액턴스 소자의 직렬 공진 현상을 이용하여 셀 사이에서 에너지를 효율적으로 수수할 수 있다.
<11. 제5 실시 형태의 제1 변형예>
[장치의 구성예]
본 변형예의 축전 장치(100)는, 도 15의 축전 장치(100)에 대하여 셀(110a 내지 110f)과 리액턴스 소자(120a 내지 120f)와의 접속을 전환하기 위한 구성이 상이하다. 이하, 상세하게 설명한다.
본 변형예의 축전 제어 장치(130)는, 리액턴스 소자(120a 내지 120f)와 셀(110a 내지 110f)의 접속을 리액턴스 소자(120a 내지 120f)의 공진 주파수에서 전환하는 구성이다. 즉, 축전 제어 장치(130)는, 일련의 셀과 일련의 리액턴스 소자와의 접속과, 대상 셀과 대상 셀에 대응하는 리액턴스 소자와의 접속을 공진 주파수에서 전환하는 구성이다.
여기서, 콘덴서(121)의 정전 용량을 C[F], 리액터(122)의 자기 인덕턴스를 L[H]이라 하면, 리액턴스 소자의 공진 주파수는 1/{2π(L×C)1 / 2}[Hz]이 된다. 각 리액턴스 소자(120a 내지 120f)의 상수, 즉 L 및 C가 서로 동일한 경우, 일련의 셀에 접속되는 일련의 리액턴스 소자의 공진 주파수와, 대상 셀에 접속되는 리액턴스 소자의 공진 주파수는 동등하다. 일련의 리액턴스 소자는, 직렬 접속수를 n이라고 하면, 합성 인덕턴스가 nL이 되고, 합성 용량이 C/n이 된다. 따라서, 일련의 리액턴스 소자의 공진 주파수는, 1/{2π(n×L×C/n)1 / 2}이 되고, n×L과 C/n의 곱에 의해 n이 소거되기 때문에, 단수의 리액턴스 소자의 공진 주파수 1/{2π(L×C)1 / 2}과 다름없다.
셀이 리액턴스 소자에 접속되고 나서 절단될 때까지의 기간을 접속 전환 주기 Sc라고 정의하면, 접속 전환 주기 Sc는, π(L×C)1 /2[s]가 된다. 본 변형예의 축전 제어 장치(130)는, 이러한 접속 전환 주기 Sc마다 리액턴스 소자와 셀과의 접속을 전환하는 구성이라고 할 수도 있다.
축전 제어 장치(130)는, 공진 주파수나 접속 전환 주기 Sc의 정보가 기억되고, 당해 기억된 정보에 기초하여, 접속의 전환 타이밍을 산출해 내어 동작하는 구성이어도 된다.
[장치의 동작예]
도 17은 본 변형예의 축전 장치(100)의 동작예를 도시하는 흐름도이다. 도 17에서는, 우선, 스텝 171(S171)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 일련의 셀을 일련의 리액턴스 소자에 접속시킨다.
계속해서, 스텝 172(S172)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 리액턴스 소자의 공진 주파수에 기초하는 접속의 전환 타이밍이 되었는지 여부를 판정한다. 그리고, 스텝 172(S172)에 있어서 긍정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 173(S173)으로 진행하고, 부정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 172(S172)를 반복한다.
이어서, 스텝 173(S173)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 일련의 셀을 일련의 리액턴스 소자로부터 절단시킨다.
이어서, 스텝 174(S174)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 대상 셀을 대응하는 리액턴스 소자에 접속시킨다.
이어서, 스텝 175(S175)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 리액턴스 소자의 공진 주파수에 기초하는 접속의 전환 타이밍이 되었는지 여부를 판정한다. 그리고, 스텝 175(S175)에 있어서 긍정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 176(S176)으로 진행하고, 부정적인 판정 결과가 얻어진 경우에는, 스텝 175(S175)를 반복한다.
이어서, 스텝 176(S176)에 있어서, 축전 제어 장치(130)에 의해, 대상 셀을 리액턴스 소자로부터 절단시킨다.
이어서, 스텝 177(S177)에 있어서, 축전 제어 장치(130)는, 전압 균등화 처리를 종료해야 할 경우에는 처리를 종료하고, 전압 균등화 처리를 계속해야 할 경우에는 스텝 171(S171)로 복귀된다. 전압 균등화 처리를 종료해야 할지 여부의 판단은, 스텝 177(S177) 이전에 행해도 된다. 스텝 171(S171)로 복귀되는 경우에는, 셀 전압의 감시 결과 등에 기초하여, 대상 셀 또는 일련의 셀 혹은 이들 양쪽을 재선택해도 된다.
본 변형예의 축전 장치(100)에 의하면, 도 15의 축전 장치(100)와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있거나, 또는, 에너지의 수수에 적합한 타이밍에 셀의 접속을 전환할 수 있다.
<12. 제5 실시 형태의 제2 변형예>
본 변형예의 축전 장치(100)는, 도 15의 축전 장치(100)에 대하여 셀이 특정되어 있다.
구체적으로는, 본 변형예에 있어서의 셀은, 실질적으로 평탄한 방전 특성을 갖는 셀이다.
실질적으로 평탄한 방전 특성의 일례로서, 정극재가 올리빈형 인산철로 된 리튬 이온 이차 전지를 1C 방전한 경우의 방전 곡선을 도 18에 도시한다. 도 18의 방전 곡선은, 횡축이 충전율의 일례로서의 SOC[%]이며, 종축이 셀의 단자 전압 [V]이다. 도 18의 방전 곡선은, 충전율 0％ 내지 100％의 구간 중의 5할 이상에 걸친 일련의 구간에서의 전압 변화가 0.25V 이하로 되어 있다. 보다 구체적으로는, 도 18의 방전 곡선은, 충전율 20％ 내지 90％의 구간에 있어서의 전압 변화가 약 0.1V로 되어 있다. 도 18의 방전 곡선은, 방전 개시 직후에는 내부 저항에 의한 전압 강하가 크지만, 그 후에는 평탄한 특성이 이어지는 점에서, 직렬 접속으로 구성한 조전지 내에 있어서의 전압의 편차는 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, 셀 간의 전압의 편차는 작다. 따라서, 축전 장치(100)에서는, 전압 균등화 처리에서 대전류를 사용하여 고속으로 셀 간 전압의 편차를 해소하는 것보다도, 적은 전류로 낭비 없이 셀 밸런스를 확보하는 쪽이 바람직하다. 본 변형예와 같은 방전 특성이 평탄한 셀을 적용하면, 셀에 대한 부담이 경감된 적은 전류에서의 전압 균등화 처리를, LC 직렬 공진 회로에 의해 신속히 행할 수 있다. 실질적으로 평탄한 방전 특성을 갖는 셀의 사용은, 리액턴스 소자가 LC 직렬 공진 회로를 구성하는 경우에 한정되지 않는다.
<13. 제6 실시 형태>
본 실시 형태의 축전 장치(100)는, 제1 내지 제5 실시 형태의 축전 장치(100)에 대하여 리액턴스 소자의 공진 주파수가 상이하다.
구체적으로는, 본 실시 형태에 있어서의 리액턴스 소자의 공진 주파수는, 교류 임피던스 법으로 측정된 셀의 내부 임피던스의 콜-콜 플롯에 있어서의 허수 성분이 0이 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 횡축으로 하고, 내부 임피던스의 허수 성분을 종축으로 한 복소 평면 상에 교류 임피던스법으로 구해진 주파수마다의 셀의 내부 임피던스를 플롯한다.
콜-콜 플롯의 일례를 도 19에 도시한다. 도 19에서는, 내부 임피던스의 허수 성분이 0이 되는 경우의 주파수가, fmin[Hz]로 되어 있다. 이 경우, fmin이 공진 주파수가 되도록 리액턴스 소자를 설계하면 된다. 구체적으로는, fmin=1/{2π×(L×C)1/2}를 만족하도록, 리액터(122)의 자기 인덕턴스 L 및 콘덴서(121)의 정전 용량 C를 선택하면 된다.
본 실시 형태의 축전 장치(100)에 의하면, 제1 내지 제5 실시 형태의 축전 장치(100)와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있거나, 또는, 셀의 내부 임피던스를 최소로 함으로써 에너지를 더 효율적으로 수수할 수 있다.
<14. 제6 실시 형태의 제1 변형예>
본 변형예의 축전 장치(100)는, 도 19를 참조하여 설명한 축전 장치(100)에 대하여, 리액턴스 소자의 공진 주파수의 설정 형태가 상이하다.
본 변형예의 축전 장치(100)를 설명하기 위한 콜-콜 플롯의 일례를 도 20에 모식적으로 도시한다. 도 20의 횡축 Z'는, 셀의 내부 임피던스의 실부이고, 도 20의 종축 Z"는, 셀의 내부 임피던스의 허수부이다. 도 20에는, 셀의 충전율의 일례로서의 SOC(State of Charge)[%]마다의 콜-콜 플롯이 도시되어 있다. 도 20의 콜-콜 플롯은, FRA(Frequency Response Analyzer)에 의한 셀의 내부 임피던스의 측정 결과에 기초하는 플롯이다. 도 20 중의 구체적인 수치는 어디까지나 일례이며, 본 개시의 범위를 전혀 한정하는 것은 아니다.
도 20에 도시하는 바와 같이, 콜-콜 플롯은, SOC에 따라서 상이한 경우가 있다. 콜-콜 플롯에 있어서의 허수 성분이 0이 되는 경우의 주파수 fmin이 SOC에 따라서 상이한 경우, fmin을 SOC마다 구하고, 구해진 SOC마다의 fmin을 종합적으로 고려하여 리액턴스 소자의 공진 주파수를 설정해도 된다. 예를 들어, SOC마다의fmin의 평균값을 구하고, 이 평균값이 공진 주파수가 되도록 리액턴스 소자를 설계해도 된다.
본 변형예에 의하면, SOC의 변화를 가미한 에너지의 효율적인 수수가 가능하게 된다.
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,
직렬 접속된 복수의 리액턴스 소자와,
각 셀과 각 리액턴스 소자를 일대일 대응으로 병렬 접속하는 복수의 접속 라인과,
각 접속 라인을 개별로 개폐하는 복수의 스위칭 소자와,
상기 스위칭 소자를 제어하여 상기 셀 사이에서 에너지를 수수시키는 축전 제어 장치를 구비하는 축전 장치.
(2) 상기 축전 제어 장치는, 상기 복수의 셀 중 선택된 일련의 셀 양단에 배치된 접속 라인의 제1 쌍을 폐로시키고, 그 후, 상기 접속 라인의 제1 쌍을 개로시키고, 또한 상기 일련의 셀 중 대상 셀의 양단에 배치된 접속 라인의 제2 쌍을 폐로시키는 구성인 (1)에 기재된 축전 장치.
(3) 상기 축전 제어 장치는, 상기 복수의 셀의 전부 또는 일부를 상기 일련의 셀로서 선택하고, 복수의 상기 대상 셀을 선택하는 구성인 (2)에 기재된 축전 장치.
(4) 각 리액턴스 소자는, 상수가 서로 동일한 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 축전 장치.
(5) 각 리액턴스 소자는, 콘덴서를 포함하는 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 축전 장치.
(6) 각 리액턴스 소자는, 리액터를 포함하는 (5)에 기재된 축전 장치.
(7) 상기 축전 제어 장치는, 상기 리액턴스 소자와 상기 셀과의 접속을 상기 리액턴스 소자의 공진 주파수에서 전환하는 구성인 (6)에 기재된 축전 장치.
(8) 상기 리액턴스 소자의 공진 주파수는, 교류 임피던스 법으로 측정된 상기 셀의 내부 임피던스의 콜-콜 플롯에 있어서의 허수 성분이 0이 되는 경우의 주파수인 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 축전 장치.
(9) 상기 스위칭 소자의 개수 및 상기 접속 라인의 개수는, 상기 셀의 개수에 1을 더한 개수인 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 축전 장치.
(10) 상기 축전 제어 장치는, 상기 대상 셀을 선택한 다음에 상기 접속 라인의 제1 쌍을 폐로시키는 구성인 (2)에 기재된 축전 장치.
(11) 상기 축전 제어 장치는, 전압이 최소인 셀을 포함하는 상기 대상 셀을 선택하는 구성인 (10)에 기재된 축전 장치.
(12) 컴퓨터를,
직렬 접속된 복수의 셀과 직렬 접속된 복수의 리액턴스 소자를 일대일 대응으로 병렬 접속하는 복수의 접속 라인을, 복수의 스위칭 소자를 제어하여 개별로 개폐시켜, 상기 셀 사이에서 에너지를 수수시키는 수단으로서 기능시키는 축전 제어 프로그램.
100: 축전 장치
110a, 110b: 셀
120a, 120b: 리액턴스 소자
130: 축전 제어 장치
140a, 140b, 140c: 스위칭 소자
160a, 160b, 160c: 접속 라인

Claims (13)

  1. 직렬 접속된 복수의 셀과,
    직렬 접속된 복수의 리액턴스 소자와,
    각 셀과 각 리액턴스 소자를 일대일 대응으로 병렬 접속하는 복수의 접속 라인과,
    각 접속 라인을 개별로 개폐하는 복수의 스위칭 소자와,
    상기 스위칭 소자를 제어하여 상기 셀 사이에서 에너지를 수수시키는 축전 제어 장치를 구비하는 축전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축전 제어 장치는, 상기 복수의 셀 중 일련의 셀 양단에 배치된 접속 라인의 제1 쌍을 폐로시키고, 그 후, 상기 접속 라인의 제1 쌍을 개로시키고, 또한 상기 일련의 셀 중 대상 셀의 양단에 배치된 접속 라인의 제2 쌍을 폐로시키는 구성인 축전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 축전 제어 장치는, 상기 복수의 셀의 전부 또는 일부를 상기 일련의 셀로서 선택하고, 복수의 상기 대상 셀을 선택하는 구성인 축전 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    각 리액턴스 소자는, 상수가 서로 동일한 축전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    각 리액턴스 소자는, 콘덴서를 포함하는 축전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    각 리액턴스 소자는, 리액터를 포함하는 축전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 축전 제어 장치는, 상기 리액턴스 소자와 상기 셀과의 접속을 상기 리액턴스 소자의 공진 주파수에서 전환하는 구성인 축전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 리액턴스 소자의 공진 주파수는, 교류 임피던스 법으로 측정된 상기 셀의 내부 임피던스의 콜-콜 플롯에 있어서의 허수 성분이 0이 되는 경우의 주파수인 축전 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭 소자의 개수 및 상기 접속 라인의 개수는, 상기 셀의 개수에 1을 더한 개수인 축전 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 축전 제어 장치는, 상기 대상 셀을 선택한 다음에 상기 접속 라인의 제1 쌍을 폐로시키는 구성인 축전 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 축전 제어 장치는, 전압이 최소인 셀을 포함하는 상기 대상 셀을 선택하는 구성인 축전 장치.
  12. 직렬 접속된 복수의 셀과 직렬 접속된 복수의 리액턴스 소자를 일대일 대응으로 병렬 접속하는 복수의 접속 라인을, 복수의 스위칭 소자를 제어하여 개별로 개폐시켜, 상기 셀 사이에서 에너지를 수수시키는 구성인 축전 제어 장치.
  13. 직렬 접속된 복수의 셀과 직렬 접속된 복수의 리액턴스 소자를 일대일 대응으로 병렬 접속하는 복수의 접속 라인을, 복수의 스위칭 소자를 제어 장치에 의해 제어하여 개별로 개폐시켜, 상기 셀 사이에서 에너지를 수수시키는 축전 제어 방법.
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