特開 2024-111796 バッテリーモジュールおよびこれを含むエネルギー貯蔵装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024111796

(43)【公開日】2024-08-19

(54)【発明の名称】バッテリーモジュールおよびこれを含むエネルギー貯蔵装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20240809BHJP

   H02M 3/28 20060101ALI20240809BHJP

   H01M 50/251 20210101ALI20240809BHJP

   H01M 50/284 20210101ALI20240809BHJP

【ＦＩ】

H02J7/02 H

H02M3/28 U

H01M50/251

H01M50/284

【審査請求】有

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023172008

(22)【出願日】2023-10-03

(31)【優先権主張番号】10-2023-0015420

(32)【優先日】2023-02-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】590002817

【氏名又は名称】三星エスディアイ株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＳＤＩ Ｃｏ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】１５０－２０ Ｇｏｎｇｓｅ－ｒｏ，Ｇｉｈｅｕｎｇ－ｇｕ，Ｙｏｎｇｉｎ－ｓｉ， Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ， ４４６－９０２ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】奥井 芳明

【テーマコード（参考）】

5G503

5H040

5H730

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA03

5G503BA04

5G503BB01

5G503CA08

5G503CA11

5G503DA04

5G503EA05

5G503GB03

5G503HA02

5H040AA01

5H040AA03

5H040AS01

5H040AT06

5H040AY05

5H040AY08

5H040DD08

5H730AA14

5H730AA15

5H730AS08

5H730AS17

5H730BB23

5H730BB43

5H730BB86

5H730BB88

5H730DD02

5H730EE02

5H730EE07

5H730EE08

5H730EE12

5H730FD11

5H730FG01

5H730ZZ01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】直列に連結された多数のバッテリーセルにおいて隣接する２つのバッテリーセルの間の電圧をそれぞれ絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータを介して均等化できるエネルギー貯蔵装置及びバッテリーモジュールを提供する。
【解決手段】エネルギー貯蔵装置は、直列に連結された多数のバッテリーセルルＣｅｌｌ＿１、Ｃｅｌｌ＿２、…、Ｃｅｌｌ＿ｘと、前記多数のバッテリーセルそれぞれに電気的に連結された多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１、ＩＣ２、…、ＩＣｘと、前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータの充電および放電モードを制御する制御器Ｃｏと、で構成されるバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…を含み、前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータはそれぞれ、一端が１つのバッテリーセルに連結し、他端が隣接する他のバッテリーセルに連結し、２つのバッテリーセルの間のセル電圧を均等化するセル電圧均等化装置１１３ａｍを構成する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直列に連結された多数のバッテリーセルと、
前記多数のバッテリーセルそれぞれに電気的に連結された多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータの充電および放電モードを制御する制御器とで構成されるバッテリーモジュールを含み、
前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、それぞれ、一端が１つのバッテリーセルに連結され、他端が隣接する他のバッテリーセルに連結され、２つのバッテリーセルの間のセル電圧を均等化するエネルギー貯蔵装置。

【請求項2】

前記多数のバッテリーセルおよび前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、その個数が同一であり、前記多数のバッテリーセルは、第１バッテリーセル、第２バッテリーセル～第Ｘバッテリーセルが順次に直列に連結され、前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ、第２絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ～第Ｘ絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータを含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。

【請求項3】

前記第１絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、一端が前記第１バッテリーセルに電気的に連結され、他端が前記第２バッテリーセルに電気的に連結され、
前記第Ｘ絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、一端が前記第Ｘバッテリーセルに電気的に連結され、他端が前記第１バッテリーセルに電気的に連結された、請求項２に記載のエネルギー貯蔵装置。

【請求項4】

前記制御器は、多数のバッテリーセルの平均電圧と、前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータの一端に電気的に連結されたバッテリーセルの電圧とを比較し、前記絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータを介して一端に電気的に連結されたバッテリーセルの充電または放電を制御する、請求項２に記載のエネルギー貯蔵装置。

【請求項5】

前記バッテリーモジュールが多数個備えられており、互いに電気的に連結されたバッテリーラックを含み、
前記多数のバッテリーモジュールにそれぞれ含まれたモジュールＢＭＳが、多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御器と、を含み、
それぞれのモジュールＢＭＳに含まれた制御器は、他のモジュールＢＭＳと通信する、請求項４に記載のエネルギー貯蔵装置。

【請求項6】

前記平均電圧は、前記バッテリーラック内に含まれたすべてのバッテリーセルの平均電圧であり、前記バッテリーラック内に含まれたバッテリー制御装置でこれを算出し、通信を介して前記バッテリーラック内に含まれた多数のモジュールＢＭＳに伝達する、請求項５に記載のエネルギー貯蔵装置。

【請求項7】

前記絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、
一端と他端との間に電気的に連結された変圧器と、
前記変圧器の一次巻線に並列に連結された第１キャパシタと、
前記変圧器の二次巻線に並列に連結された第２キャパシタと、
前記第１キャパシタと前記変圧器の一次巻線との間に電気的に連結された第１スイッチング素子と、
前記第２キャパシタと前記変圧器の二次巻線との間に電気的に連結された第２スイッチング素子と、を含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。

【請求項8】

前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、前記制御器の制御によってオンまたはオフになる、請求項７に記載のエネルギー貯蔵装置。

【請求項9】

前記第１スイッチング素子は、第１電極が前記変圧器の一次巻線の第２電極に電気的に連結され、第２電極が前記第１キャパシタの第２電極に電気的に連結され、制御電極が前記制御器に電気的に連結され、
前記第２スイッチング素子は、第１電極が前記変圧器の二次巻線の第２電極に電気的に連結され、第２電極が前記第２キャパシタの第２電極に電気的に連結され、制御電極が前記制御器に電気的に連結され、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、第１電極がドレーン電極であり、第２電極がソース電極であり、制御電極を有するトランジスタである、請求項７に記載のエネルギー貯蔵装置。

【請求項10】

前記絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、
一端と他端との間に電気的に連結された変圧器と、
前記変圧器の一次巻線に並列に連結された第１キャパシタと、
前記変圧器の二次巻線の第１電極に電気的に連結された第２キャパシタと、
前記第２キャパシタと直列に連結された第１インダクタと、
前記変圧器の二次巻線に並列に連結された第３キャパシタと、
前記第１キャパシタと前記変圧器の一次巻線との間に電気的に連結された第１スイッチング素子と、
前記第２キャパシタと第１インダクタとの間に第１電極が電気的に連結され、前記変圧器の二次巻線と第３キャパシタとの間に第２電極が電気的に連結された第２スイッチング素子と、を含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。

【請求項11】

前記第１スイッチング素子は、第１電極が前記第１キャパシタの第１電極に電気的に連結され、第２電極が前記変圧器の一次巻線の第１電極に電気的に連結され、制御電極が前記制御器に電気的に連結され、
前記第２スイッチング素子は、第１電極が前記第２キャパシタと第１インダクタとの間に電気的に連結され、前記第２電極が前記変圧器の二次巻線の第２電極に電気的に連結され、制御電極が前記制御器に電気的に連結され、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、第１電極がドレーン電極であり、第２電極がソース電極であり、制御電極を有するトランジスタである、請求項１０に記載のエネルギー貯蔵装置。

【請求項12】

直列に連結された多数のバッテリーセルと、
前記多数のバッテリーセルそれぞれに電気的に連結された多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータの充電および放電モードを制御する制御器とで構成されるバッテリーモジュールであって、
前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、それぞれ、一端が１つのバッテリーセルに連結され、他端が隣接する他のバッテリーセルに連結され、２つのバッテリーセルの間のセル電圧を均等化するバッテリーモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の様々な実施形態は、バッテリーモジュールおよびこれを含むエネルギー貯蔵装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、エネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）は、余剰生産された電気を貯蔵したり新再生エネルギーを通じて生産されたエネルギーを貯蔵装置（例えば、バッテリー）に貯蔵し、必要な時間帯に電気を供給して、電力使用効率を向上させる装置を意味する。

【0003】

エネルギー貯蔵装置は、バッテリー、バッテリーの状態監視およびバッテリーの制御と運営のためのシステムＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）と、バッテリーの充放電のための電力変換装置（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，ＰＣＳ）および、ＢＭＳとＰＣＳと通信してエネルギー貯蔵装置を診断し、当該バッテリーラックの連結および遮断を制御および監視するためのバッテリー制御装置（ｂａｔｔｅｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ，ＢＣＵ）などから構成される。

【0004】

エネルギー貯蔵装置は、複数のセルの集合体であるバッテリーモジュールが垂直方向である縦方向に配列収納されたバッテリーラックが多数個横方向に配列および連結されて用いられている。もちろん、エネルギー貯蔵装置は、バッテリーモジュールが水平方向である横方向に配列および収納されたバッテリーラックを含んでもよいし、バッテリーモジュールとバッテリーラックの配列および収納方法は、多様に変更可能である。

【0005】

それぞれのバッテリーモジュールは、上下に積層されて連結される方法を取り、垂直方向である縦方向に相互間電気的に連結され、このように電気的に連結されたバッテリーモジュールが集まって１つのラックを構成するところ、このようなラックは、相互間に電気的にさらに連結されることによって、１つの大型バッテリー貯蔵装置を構成する。

【0006】

なお、バッテリー管理装置（ＢＭＳ）は、複数のバッテリーセルを制御するモジュールＢＭＳ、複数のモジュールＢＭＳを制御するためのラックＢＭＳ、複数のラックＢＭＳを制御するためのシステムＢＭＳ、およびシステムＢＭＳを上位制御器とインターフェースするハブなどを含み、それぞれバッテリーの状態を監視し、その状態に上位システムに伝達したり、問題が発生した場合、充放電遮断およびセルバランスを均等に合わせることができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、直列に連結された多数のバッテリーセルにおいて隣接する２つのバッテリーセルの間の電圧をそれぞれ絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータを介して均等化することができるので、セル電圧均等化の効率を向上させると同時に、サイズおよび製作費用を節減できるバッテリーモジュールおよびこれを含むエネルギー貯蔵装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施形態によるエネルギー貯蔵装置は、直列に連結された多数のバッテリーセルと、前記多数のバッテリーセルそれぞれに電気的に連結された多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータの充電および放電モードを制御する制御器とで構成されるバッテリーモジュールを含み、前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、それぞれ、一端が１つのバッテリーセルに連結され、他端が隣接する他のバッテリーセルに連結され、２つのバッテリーセルの間のセル電圧を均等化することができる。

【0009】

前記多数のバッテリーセルおよび前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、その個数が同一であり、前記多数のバッテリーセルは、第１バッテリーセル、第２バッテリーセル～第Ｘバッテリーセルが順次に直列に連結され、前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ、第２絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ～第Ｘ絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータを含んでもよい。

【0010】

前記第１絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、一端が前記第１バッテリーセルに電気的に連結され、他端が前記第２バッテリーセルに電気的に連結され、前記第Ｘ絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、一端が前記第Ｘバッテリーセルに電気的に連結され、他端が前記第１バッテリーセルに電気的に連結されてもよい。

【0011】

前記制御器は、多数のバッテリーセルの平均電圧と、前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータの一端に電気的に連結されたバッテリーセルの電圧とを比較し、前記絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータを介して一端に電気的に連結されたバッテリーセルの充電または放電を制御することができる。

【0012】

前記バッテリーモジュールが多数個備えられており、互いに電気的に連結されたバッテリーラックを含み、前記多数のバッテリーモジュールにそれぞれ含まれたモジュールＢＭＳが多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御器と、を含み、それぞれのモジュールＢＭＳに含まれた制御器は、他のモジュールＢＭＳと通信することができる。

【0013】

前記平均電圧は、前記バッテリーラック内に含まれたすべてのバッテリーセルの平均電圧であり、前記バッテリーラック内に含まれたバッテリー制御装置でこれを算出し、通信を介して前記バッテリーラック内に含まれた多数のモジュールＢＭＳに伝達することができる。

【0014】

前記絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、一端と他端との間に電気的に連結された変圧器と、前記変圧器の１次巻線に並列に連結された第１キャパシタと、前記変圧器の二次巻線に並列に連結された第２キャパシタと、前記第１キャパシタと前記変圧器の一次巻線との間に電気的に連結された第１スイッチング素子と、前記第２キャパシタと前記変圧器の二次巻線の間に電気的に連結された第２スイッチング素子と、を含んでもよい。

【0015】

前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、前記制御器の制御によってオンまたはオフになってもよい。

【0016】

前記第１スイッチング素子は、第１電極が前記変圧器の一次巻線の第２電極に電気的に連結され、第２電極が前記第１キャパシタの第２電極に電気的に連結され、制御電極が前記制御器に電気的に連結され、前記第２スイッチング素子は、第１電極が前記変圧器の二次巻線の第２電極に電気的に連結され、第２電極が前記第２キャパシタの第２電極に電気的に連結され、制御電極が前記制御器に電気的に連結され、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、第１電極がドレーン電極であり、第２電極がコレクタ電極であり、制御電極を有するトランジスタであってもよい。

【0017】

前記絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、一端と他端との間に電気的に連結された変圧器と、前記変圧器の一次巻線に並列に連結された第１キャパシタと、前記変圧器の二次巻線の第１電極に電気的に連結された第２キャパシタと、前記第２キャパシタと直列に連結された第１インダクタと、前記変圧器の二次巻線に並列に連結された第３キャパシタと、前記第１キャパシタと前記変圧器の一次巻線との間に電気的に連結された第１スイッチング素子と、前記第２キャパシタと第１インダクタとの間に第１電極が電気的に連結され、前記変圧器の二次巻線と第３キャパシタとの間に第２電極が電気的に連結され、前記変圧器の二次巻線の間に電気的に連結された第２スイッチング素子と、を含んでもよい。

【0018】

前記第１スイッチング素子は、第１電極が前記第１キャパシタの第１電極に電気的に連結され、第２電極が前記変圧器の一次巻線の第１電極に電気的に連結され、制御電極が前記制御器に電気的に連結され、前記第２スイッチング素子は、第１電極が前記第２キャパシタと第１インダクタとの間に電気的に連結され、前記第２電極が前記変圧器の二次巻線の第２電極に電気的に連結され、制御電極が前記制御器に電気的に連結され、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、第１電極がドレーン電極であり、第２電極がソース電極であり、制御電極を有するトランジスタであってもよい。

【0019】

本発明の実施形態によるバッテリーモジュールは、前記多数のバッテリーセルそれぞれに電気的に連結された多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータの充電および放電モードを制御する制御器とで構成されたバッテリーモジュールに関し、前記多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、それぞれ一端が１つのバッテリーセルに連結され、他端が隣接する他のバッテリーセルに連結され、２つのバッテリーセルの間のセル電圧を均等化することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールおよびこれをエネルギー貯蔵装置は、直列に連結された多数のバッテリーセルにおいて隣接する２つのバッテリーセルの間の電圧をそれぞれ絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータを介して均等化することができるので、セル電圧均等化の効率を向上させると同時に、サイズおよび製作費用を節減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明のエネルギー貯蔵システムを示す概念図である。

【図2a】図１に示されたエネルギー貯蔵システムのうち、バッテリーラックの分解斜視図である。

【図2b】図１に示されたエネルギー貯蔵システムのうち、バッテリーラックの正面図である。

【図3】本発明の様々な実施形態によるエネルギー貯蔵システムのセルバランス装置の構成を示す構造図である。

【図4】図３のエネルギー貯蔵システムのセルバランス装置において絶縁コンバータの回路図の一例である。

【図5】図３のエネルギー貯蔵システムのセルバランス装置において絶縁コンバータの回路図の他の例である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

【0023】

本発明の実施形態は、当該技術分野における通常の知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものであり、下記実施形態は、様々な他の形態で変形することができ、本発明の範囲が下記実施形態に限定されるものではない。かえって、これらの実施形態は、本開示をさらに忠実かつ完全にし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。

【0024】

また、以下の図面において各層の厚さやサイズは、説明の便宜および明確性のために誇張されたものであり、図面上で、同一の符号は、同一の要素を指す。本明細書において使用されたように、用語「および／または」は、当該列挙された項目のうちいずれか１つおよび１つ以上のすべての組み合わせを含む。また、本明細書において「連結される」という意味は、Ａ部材とＢ部材が直接連結される場合だけでなく、Ａ部材とＢ部材との間にＣ部材が介在され、Ａ部材とＢ部材が間接連結される場合も意味する。

【0025】

本明細書において使用された用語は、特定の実施形態を説明するために使用され、本発明を制限するためのものでない。本明細書において使用されたように、単数の形態は、文脈上、異なる場合を明確に指摘するものではない場合、複数の形態を含んでもよい。また、本明細書において使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及した形状、数字、段階、動作、部材、要素および／またはこれらグループの存在を特定するものであり、１つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素および／またはグループの存在または付加を排除するものではない。

【0026】

本明細書において第１、第２などの用語が様々な部材、部品、領域、層および／または部分を説明するために使用されるが、これらの部材、部品、領域、層および／または部分は、これらの用語により限定されてはならないことは自明である。これらの用語は、１つの部材、部品、領域、層または部分を他の領域、層または部分と区別するために使用される。したがって、以下で詳述する第１部材、部品、領域、層または部分は、本発明の思想から外れることなく、第２部材、部品、領域、層または部分を指すことができる。

【0027】

「下部（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下（ｂｅｌｏｗ）」，「低い（ｌｏｗｅｒ）」、「上部（ａｂｏｖｅ）」、「上（ｕｐｐｅｒ）」のような空間に関連した用語が、図面に示された１つの要素または特徴と他の要素または特徴の容易な理解のために用いられる。このような空間に関連した用語は、本発明の様々な工程状態または使用状態によって本発明の容易な理解のためのものであり、本発明を限定するためのものではない。例えば、図面の要素または特徴がひっくり返されれば、「下部」または「下」と説明された要素は、「上部」または「上」となる。したがって、「下」という「上部」または「下」を包括する概念である。

【0028】

以下では、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるほどに本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。

【0029】

ここで、明細書全体において類似の構成および動作を有する部分については、同じ図面符号を付けた。また、任意の部分が他の部分と電気的に連結（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）されているというとき、これは、直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を間に置いて連結されている場合も含む。

【0030】

図１を参照すると、本発明のエネルギー貯蔵システムを示す概念図が示されており、図２を参照すると、図１に示されたエネルギー貯蔵システムのうち、バッテリーラックの正面図と分解斜視図が示されている。

【0031】

図３を参照すると、本発明の様々な実施形態によるエネルギー貯蔵システムのセルバランス装置の構成を示す構造図が示されている。以下では、図１～図３を参照して、本発明の様々な実施形態によるエネルギー貯蔵システムのセルバランス装置を説明する。また、セルバランス装置は、多数のバッテリーセルが適用された他の装置およびシステムにも適用可能である。

【0032】

まず、エネルギー貯蔵装置１００は、少なくとも２個以上のバッテリーラック１１０を含む。ここで、複数のバッテリーラック１１０ａ、１１０ｂ、…、１１０ｘは、互いに電気的に連結されてもよい。また、バッテリーラック１１０ａ、１１０ｂ、…、１１０ｘは、それぞれ、大電力端子（正極および負極）が外部に露出していてもよく、それぞれのバッテリーラック１１０ａ、１１０ｂ、…、１１０ｘの大電力端子の間が電気的に連結されてもよい。また、多数のバッテリーラック１１０ａ、１１０ｂ、…、１１０ｘは、それぞれ、バッテリー制御装置（ＢＣＵ：ｂａｔｔｅｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）１１２ａ、１１２ｂ、…、１１２ｘを含んでもよい。

【0033】

それぞれのバッテリーラック１１０ａ、１１０ｂ、…、１１０ｘは、電気的に連結された多数のバッテリーモジュール１１３を含んでもよい。それぞれのバッテリーラック１１０ａ、１１０ｂ、…、１１０ｘに含まれた多数のバッテリーモジュール１１３は、直列連結されてもよい。例えば、第１バッテリーラック１１０ａは、多数のバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…、１１３ｘを収納するためのラックフレーム１１１を具備し、ラックフレーム１１１内に多数のバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…、１１３ｘが収納された後、直列に電気的に連結されてもよい。ここで、第１バッテリーラック１１０ａは、ラックフレーム１１１内に多数のバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…、１１３ｘが垂直方向に積層された形態を有するように収納されてもよい。また、第１バッテリーラック１１０ａは、ラックフレーム１１１の最上端に、バッテリー制御装置１１２が収納されてもよい。

【0034】

もちろん、多数のバッテリーラック１１０ａ、１１０ｂ、…、１１０ｘは、それぞれ、多数のバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…、１１３ｘと、１つのバッテリー制御装置１１２と、を含んでもよい。また、それぞれのバッテリーラック１１０ａ、１１０ｂ、…、１１０ｘのバッテリー制御装置（ＢＣＵ）は、汎用通信ケーブル（例えば、ＣＡＮ）を介して連結されてもよい。

【0035】

第１バッテリーラック１１０ａは、フューズおよびスイッチを介して大電力端子と連結されてもよい。また、第１バッテリーラック１１０ａに含まれたバッテリー制御装置１１２は、多数のバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…、１１３ｘで測定された物理量によってフューズおよびスイッチの駆動を制御し、第１バッテリーラック１１０ａ内に含まれた多数のバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…、１１３ｘの電圧が大電力端子を介して外部に入出力されることを制御することができる。

【0036】

多数のバッテリーラック１１０ａ、１１０ｂ、…、１１０ｘは、それぞれ、第１バッテリーラック１１０ａと構造的に似ていてもよい。以下では、説明の便宜のために、多数のバッテリーラック１１０ａ、１１０ｂ、…、１１０ｘのうち、第１バッテリーラック１１０ａを中心に説明する。

【0037】

また、多数のバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…、１１３ｘは、それぞれ、多数のバッテリーセルＣｅｌｌ＿１、Ｃｅｌｌ＿２、…、Ｃｅｌｌ＿ｘを含み、それぞれのバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…、１１３ｘ内に含まれた多数のバッテリーセルＣｅｌｌ＿１、Ｃｅｌｌ＿２、…、Ｃｅｌｌ＿ｘは、直列に電気的に連結されてもよい。例えば、第１バッテリーモジュール１１３ａは、モジュールＢＭＳ１１３ａｍをさらに含んでもよい。モジュールＢＭＳ１１３ａｍは、バッテリーモジュール１１３内に含まれた多数のバッテリーセルＣｅｌｌ＿１、Ｃｅｌｌ＿２、…、Ｃｅｌｌ＿ｘの物理量（電圧など）を測定および／または制御し、異常の場合、当該結果データをバッテリー制御装置（ＢＣＵ）に伝達することができる。

【0038】

多数のバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…、１１３ｘは、それぞれ、第１バッテリーモジュール１１３ａと構造的に似ていてもよい。以下では、説明の便宜のために、多数のバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…、１１３ｘのうち、第１バッテリーモジュール１１３ａを中心に説明する。

【0039】

第１バッテリーモジュール１１３ａ内にそれぞれ含まれたモジュールＢＭＳ１１３ａｍは、第１バッテリーモジュール１１３ａ内に含まれた多数のバッテリーセルＣｅｌｌ＿１、Ｃｅｌｌ＿２、…、Ｃｅｌｌ＿ｘのセル電圧を均等化することができる。図３では、モジュールＢＭＳ１１３ａｍは、セル電圧均等化装置のみを示し、さらに、モジュールＢＭＳ１１３ａｍは、バッテリーセルＣｅｌｌ＿１、Ｃｅｌｌ＿２、…、Ｃｅｌｌ＿ｘの物理量を測定および／または制御する構成をさらに含んでもよい。以下では、説明の便宜のために、モジュールＢＭＳ１１３ａｍは、セル電圧均等化装置と説明する。

【0040】

セル電圧均等化装置１１３ａｍの構成および動作は、以下で詳しく説明する。

【0041】

第１バッテリーモジュール１１３ａのモジュールＢＭＳ１１３ａｍは、汎用通信ケーブルを介して、多数のバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…、１１３ｘ内に含まれたモジュールＢＭＳと互いに連結されてもよい。また、第１バッテリーモジュール１１３ａのモジュールＢＭＳ１１３ａｍは、汎用通信ケーブルを介して第１バッテリーラック１１０ａのバッテリー制御装置１１２ａと連結されてもよい。バッテリー制御装置１１２は、第１バッテリーラック１１０ａ内に含まれた多数のバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…、１１３ｘのモジュールＢＭＳを管理および制御することができる。

【0042】

さらに、エネルギー貯蔵装置１００は、多数のバッテリーラック１１０ａ、１１０ｂ、…、１１０ｘ内に含まれたバッテリー制御装置１１２がシステムＢＭＳ１２０に汎用通信ケーブルを介して全部連結されてもよい。システムＢＭＳ１２０は、多数のバッテリーラック１１０ａ、１１０ｂ、…、１１０ｘ内に含まれたバッテリー制御装置１１２ａを管理および制御することができる。このようなシステムＢＭＳ１２０は、マスターＢＭＳであってもよいが、本発明においてこれを限定するものではない。

【0043】

セル電圧均等化装置１１３ａｍは、バッテリーセルＣｅｌｌ＿１、Ｃｅｌｌ＿２、…、Ｃｅｌｌ＿ｘの個数と同じ絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１、ＩＣ２、…、ＩＣｘを含んでもよい。また、多数のバッテリーセルＣｅｌｌ＿１、Ｃｅｌｌ＿２、…、Ｃｅｌｌ＿ｘは、それぞれ、多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１、ＩＣ２、…、ＩＣｘと電気的に連結されてもよい。

【0044】

例えば、第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１と電気的に連結された第１絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１と、第２バッテリーセルＣｅｌｌ＿２に電気的に連結された第２絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ２と、第ＸバッテリーセルＣｅｌｌ＿ｘに電気的に連結された第Ｘ絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣｘと、を含んでもよい。

【0045】

ここで、多数のバッテリーセルＣｅｌｌ＿１、Ｃｅｌｌ＿２、…、Ｃｅｌｌ＿ｘは、順次に直列に連結されてもよい。一例として、第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１の負極に第２バッテリーセルＣｅｌｌ＿２の正極が電気的に連結され、第２バッテリーセルＣｅｌｌ＿２の負極に第３バッテリーセルＣｅｌｌ＿３の正極が電気的に連結され、第Ｘ－１バッテリーセルＣｅｌｌ＿ｘ－１の負極に第ＸバッテリーセルＣｅｌｌ＿ｘの正極が電気的に連結されてもよい。一例として、直列に連結された多数のバッテリーセルＣｅｌｌ＿１、Ｃｅｌｌ＿２、…、Ｃｅｌｌ＿ｘが１２個である場合、第ＸバッテリーセルＣｅｌｌ＿ｘは、第１２バッテリーセルＣｅｌｌ＿１２であってもよい。また、直列に連結された多数のバッテリーセルＣｅｌｌ＿１、Ｃｅｌｌ＿２、…、Ｃｅｌｌ＿ｘは、３個以上であってもよい。

【0046】

また、第１絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１は、一端Ａ１、Ａ１’が第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１の正極および負極にそれぞれ電気的に連結され、他端Ｂ１、Ｂ１’が第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１の負極に正極が連結された第２バッテリーセルＣｅｌｌ＿２の正極および負極にそれぞれ電気的に連結されてもよい。すなわち、第１絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１は、第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１と第２バッテリーセルＣｅｌｌ＿２の間の電圧を調整することによって、第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１と第２バッテリーセルＣｅｌｌ＿２の間のセル電圧を均等化することができる。

【0047】

第２絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ２は、一端Ａ２、Ａ２’が第２バッテリーセルＣｅｌｌ＿２の正極および負極にそれぞれ電気的に連結され、他端Ｂ２、Ｂ２’が第２バッテリーセルＣｅｌｌ＿２の負極に正極が連結された第３バッテリーセルＣｅｌｌ＿３の正極および負極にそれぞれ電気的に連結されてもよい。すなわち、第２絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ２は、第２バッテリーセルＣｅｌｌ＿２と第３バッテリーセルＣｅｌｌ＿３の間の電圧を調整することによって、第２バッテリーセルＣｅｌｌ＿２と第３バッテリーセルＣｅｌｌ＿３の間のセル電圧を均等化することができる。

【0048】

また、第Ｘ絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣｘは、一端ＡＸ、ＡＸ’が第ＸバッテリーセルＣｅｌｌ＿ｘの正極および負極にそれぞれ電気的に連結され、他端ＢＸ、ＢＸ’が第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１の正極および負極にそれぞれ電気的に連結されてもよい。ここで、第Ｘ絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣｘは、直列に連結された多数のバッテリーセルＣｅｌｌ＿１、Ｃｅｌｌ＿２、…、Ｃｅｌｌ＿ｘのうち最後のバッテリーセルであり、他端ＢＸ、ＢＸ’が最初のセルである第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１の正極および負極にそれぞれ電気的に連結されてもよい。すなわち、第Ｘ絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣｘは、第Ｘ－１バッテリーセルＣｅｌｌ＿ｘ－１と第ＸバッテリーセルＣｅｌｌ＿ｘの間の電圧を調整することによって、第Ｘ－１バッテリーセルＣｅｌｌ＿ｘ－１と第ＸバッテリーセルＣｅｌｌ＿ｘの間のセル電圧を均等化することができる。

【0049】

多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１、ＩＣ２、…、ＩＣｘは、多数のバッテリーセルＣｅｌｌ＿１、Ｃｅｌｌ＿２、…、Ｃｅｌｌ＿ｘのうち隣接する２つのバッテリーセルの間のセル電圧を均等化することができる。

【0050】

第１絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１は、一端Ａ１、Ａ１’に電気的に連結された第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１を放電させたり、充電させるように制御器Ｃｏが制御することができる。もちろん、前記制御器Ｃｏは、多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１、ＩＣ２、…、ＩＣｘと電気的に連結され、多数の絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１、ＩＣ２、…、ＩＣｘの充電または放電を制御することができる。また、第１絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１で第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１を放電させる場合、第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１の放電電圧は、第１絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１を介して第２バッテリーセルＣｅｌｌ＿２を充電させることができる。

【0051】

制御器Ｃｏは、多数のバッテリーセルＣｅｌｌ＿１、Ｃｅｌｌ＿２、…、Ｃｅｌｌ＿ｘの平均電圧Ｖａと、第１絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１の一端Ａ１、Ａ１’に電気的に連結された第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１の電圧とを比較し、平均電圧Ｖａより第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１の電圧がさらに小さい場合、第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１を充電し、平均電圧Ｖａより第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１の電圧がさらに大きい場合、第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１を放電することができる。

【0052】

ここで、平均電圧Ｖａは、第１バッテリーモジュール１１３ａに含まれた多数のバッテリーセルＣｅｌｌ＿１、Ｃｅｌｌ＿２、…、Ｃｅｌｌ＿ｘの平均電圧Ｖａであってもよい。さらに、平均電圧Ｖａは、第１バッテリーモジュール１１３ａだけでなく、他のバッテリーモジュール１１３ｂ、…、１１３ｘそれぞれの平均電圧の平均である、全体第１バッテリーラック１１０ａ内に含まれたすべてのバッテリーセルの平均電圧であってもよい。ここで、第１バッテリーモジュール１１３ａのモジュールＢＭＳ１１３ａｍは、他のバッテリーモジュール１１３ｂ、…、１１３ｘのモジュールＢＭＳと通信を介して平均電圧の伝達を受けたり、バッテリー制御装置（ＢＣＵ）で第１バッテリーラック１１０ａ内に含まれた多数のバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…、１１３ｘにそれぞれ含まれたモジュールＢＭＳでそれぞれのバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…、１１３ｘ内に含まれたバッテリーセルの平均電圧を伝達を受けて、第１バッテリーラック１１０ａ内に含まれたすべてのバッテリーセルの平均電圧を算出することができる。もちろん、バッテリー制御装置（ＢＣＵ）は、多数のバッテリーモジュール１１３ａ、１１３ｂ、…、１１３ｘにそれぞれ含まれたモジュールＢＭＳ１１２と通信を介して、算出された平均電圧を伝達することができる。他の例として、バッテリー制御装置（ＢＣＵ）は、バッテリーラック１１０内に含まれた全体バッテリーセルの電圧を計測しているので、平均セル電圧を算出し、バッテリーラック１１０内に含まれたモジュールＢＭＳに伝達することができる。

【0053】

図４を参照すると、図３のエネルギー貯蔵システムのセルバランス装置において絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣの回路図の一例が示されている。図４に示されたように、一端Ａ、Ａ’に並列に連結された第１キャパシタＣ１と、他端Ｂ、Ｂ’に並列に連結された第２キャパシタＣ２と、一端Ａ、Ａ’と他端Ｂ、Ｂ’との間に介在した変圧器ＴＲ１と、変圧器ＴＲ１の一次巻線ｎ１と第１キャパシタＣ１との間に介在した第１スイッチング素子Ｑ１と、変圧器ＴＲ１の二次巻線ｎ２と第２キャパシタＣ２との間に介在した第２スイッチング素子Ｑ２と、を含んでもよい。ここで、一端Ａ、Ａ’と他端Ｂ、Ｂ’は、バッテリーセルの正極および負極に電気的に連結されてもよい。例えば、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータが第１絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１の場合、一端Ａ、Ａ’が第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１の正極と負極との間に連結され、他端Ｂ、Ｂ’が第２バッテリーセルＣｅｌｌ＿２の正極と負極との間に連結されてもよい。

【0054】

第１キャパシタＣ１は、第１電極が一端Ａ、Ａ’の第１電極Ａに電気的に連結され、第２電極が一端Ａ、Ａ’の第２電極Ａ’および第１スイッチング素子Ｑ１の第２電極に電気的に連結されてもよい。

【0055】

第１スイッチング素子Ｑ１は、第１電極が変圧器ＴＲ１の一次巻線ｎ１の第２電極に電気的に連結され、第２電極が第１キャパシタＣ１の第２電極および一端Ａ、Ａ’の第２電極Ａ’に電気的に連結されてもよい。第１スイッチング素子Ｑ１は、制御電極が制御器Ｃｏに電気的に連結され、制御器Ｃｏから印加されるシグナルによってオンまたはオフになってもよい。このような第１スイッチング素子Ｑ１は、第１電極がドレーン電極であり、第２電極がソース電極であり、制御電極を有するトランジスタＦＥＴであってもよい。

【0056】

第２スイッチング素子Ｑ２は、第１電極が変圧器ＴＲ１の二次巻線ｎ２の第２電極に電気的に連結され、第２電極が第２キャパシタＣ２の第２電極および他端Ｂ、Ｂ’の第２電極Ｂ’に電気的に連結されてもよい。第２スイッチング素子Ｑ２は、制御電極が制御器Ｃｏに電気的に連結され、制御器Ｃｏから印加される信号によってオンまたはオフになってもよい。このような第２スイッチング素子Ｑ２は、第１電極がドレーン電極であり、第２電極がソース電極であり、制御電極を有するトランジスタＦＥＴであってもよい。

【0057】

第２キャパシタＣ２は、第１電極が他端Ｂ、Ｂ’の第１電極Ｂおよび変圧器ＴＲ１の二次巻線ｎ２の第１電極に電気的に連結され、第２電極が他端Ｂ、Ｂ’の第２電極Ｂ’および第２スイッチング素子Ｑ２の第２電極に電気的に連結されてもよい。

【0058】

このような絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣは、第１スイッチング素子Ｑ１がオンになると、一端Ａ、Ａ’に連結されたバッテリーセルが放電する。第１スイッチング素子Ｑ１がオンになると、一端Ａ、Ａ’に連結されたバッテリーセルが電圧源となり、変圧器ＴＲ１の一次巻線ｎ１にバッテリーセルの電圧に該当する電圧が印加される。この際、変圧器ＴＲ１の電流が増加する。また、変圧器ＴＲ１の二次巻線ｎ２に巻き数の比に該当する電圧がかかる。しかしながら、第２スイッチング素子Ｑ２がオフ状態の場合、第２スイッチング素子Ｑ２のダイオードＤ２に因って電流が流れない。

【0059】

この際、第１スイッチング素子Ｑ１がオフ状態となると、変圧器ＴＲ１の一次巻線ｎ１の磁束によって二次巻線ｎ２および第２スイッチング素子Ｑ２のダイオードＤ２を介して電流が流れる。この際、第２キャパシタＣ２が充電され、変圧器ＴＲ１に流れた電流が次第に減少する。

【0060】

すなわち、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣは、第１スイッチング素子Ｑ１がオンになったとき、変圧器ＴＲ１に蓄積したエネルギーが第２キャパシタＣ２に伝達および貯蔵される。また、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２は、充電および放電時に変圧器ＴＲ１を介した電流を平滑させる。

【0061】

ここで、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣは、変圧器ＴＲ１の一次巻線ｎ１および二次巻線ｎ２にそれぞれ１つのバッテリーセルが電気的に連結されるので、第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２が１つのバッテリーセルに対応するスイッチ耐圧を有することができる。一般的に、スイッチ素子は、スイッチ耐圧が増加するほど、サイズおよび価格が増加することができるが、第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２は、１つのバッテリーセルに対応するスイッチ耐圧を有すれば良いので、サイズおよび価格の増加を防止することができる。

【0062】

また、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣは、一端Ａ、Ａ’に連結されたバッテリーセルが充電する場合には、他端Ｂ、Ｂ’に連結されたバッテリーセルが放電する場合と同一なので、第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２の動作が反対に動作することができる。

【0063】

このような絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣは、一端Ａ、Ａ’に連結されたバッテリーセルの電圧が平均電圧Ｖａよりさらに大きい場合、第１スイッチング素子Ｑ１がオンになり、バッテリーセルを放電させることができる。この際、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣの他端Ｂ、Ｂ’に連結されたバッテリーセルに一端Ａ、Ａ’に連結されたバッテリーセルから放電された電圧が伝達され得る。

【0064】

もちろん、反対に、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣは、一端Ａ、Ａ’に連結されたバッテリーセルの電圧が平均電圧Ｖａより小さい場合、第２スイッチング素子Ｑ２がオンになり、一端Ａ、Ａ’に連結されたバッテリーセルを充電させることができる。この際、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣは、他端Ｂ、Ｂ’に連結されたバッテリーセルから放電された電圧を一端Ａ、Ａ’に連結されたバッテリーセルに伝達することができる。

【0065】

すなわち、エネルギー貯蔵装置１００は、セル電圧均等化を隣接するセル間の充・放電を通じて進めることによって、セル電圧均等化のために抵抗を介して放電を進めて効率を減少させるのを防止することができる。また、エネルギー貯蔵装置１００は、１つのバッテリーセルと隣接する１つのバッテリーセルの間を充放電を通じて均等化することによって、多数の直列連結されたバッテリーセルとダイレクトにセル均等化するときに発生するスイッチ耐圧特性を向上させるためのサイズおよび費用の増加を防止させることができる。

【0066】

また、図５を参照すると、図３のエネルギー貯蔵システムのセルバランス装置において絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣの回路図の他の例が示されている。図５に示されたように、一端Ａ、Ａ’に並列に連結された第１キャパシタＣ１、他端Ｂ、Ｂ’に並列に連結された第３キャパシタＣ３、一端Ａ、Ａ’と他端Ｂ、Ｂ’との間に介在した変圧器ＴＲ１、変圧器ＴＲ１の一次巻線ｎ１と第１キャパシタＣ１との間に介在した第１スイッチング素子Ｑ１、および変圧器ＴＲ１の二次巻線ｎ２と第３キャパシタＣ３との間に介在した第２キャパシタＣ２と第１インダクタＬ１および変圧器ＴＲ１の二次巻線ｎ２と第３キャパシタＣ３に並列に連結された第２スイッチング素子Ｑ２を含んでもよい。ここで、一端Ａ、Ａ’と他端Ｂ、Ｂ’は、バッテリーセルの正極および負極に電気的に連結されてもよい。例えば、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータが第１絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１の場合、一端Ａ、Ａ’が、第１バッテリーセルＣｅｌｌ＿１の正極と負極との間に連結され、他端Ｂ、Ｂ’が、第２バッテリーセルＣｅｌｌ＿２の正極と負極との間に連結されてもよい。

【0067】

第１キャパシタＣ１は、第１電極が一端Ａ、Ａ’の第１電極Ａおよび第１スイッチング素子Ｑ１の第１電極に電気的に連結され、第２電極が一端Ａ、Ａ’の第２電極Ａ’および変圧器ＴＲ１の一次巻線ｎ１の第２電極に電気的に連結されてもよい。

【0068】

第１スイッチング素子Ｑ１は、第１電極が一端Ａ、Ａ’の第１電極Ａおよび第１キャパシタＣ１の第１電極に電気的に連結され、第２電極が変圧器ＴＲ１の一次巻線ｎ１の第１電極に電気的に連結されてもよい。第１スイッチング素子Ｑ１は、制御電極が制御器Ｃｏに電気的に連結され、制御器Ｃｏから印加される信号によってオンまたはオフになってもよい。このような第１スイッチング素子Ｑ１は、第１電極がドレーン電極であり、第２電極がソース電極であり、制御電極を有するトランジスタＦＥＴであってもよい。

【0069】

第２キャパシタＣ２は、第１電極が変圧器ＴＲ１の二次巻線ｎ２の第１電極に電気的に連結され、第２電極が第２スイッチング素子Ｑ２の第１電極、第１インダクタＬ１の第１電極に電気的に連結されてもよい。

【0070】

第２スイッチング素子Ｑ２は、第１電極が第２キャパシタＣ２の第２電極と第１インダクタＬ１の第１電極に電気的に連結され、第２電極が変圧器ＴＲ１の二次巻線ｎ２の第２電極および第３キャパシタＣ３の第２電極に電気的に連結されてもよい。第２スイッチング素子Ｑ２は、制御電極が制御器Ｃｏに電気的に連結され、制御器Ｃｏから印加される信号によってオンまたはオフになってもよい。このような第２スイッチング素子Ｑ２は、第１電極がドレーン電極であり、第２電極がソース電極であり、制御電極を有するトランジスタであってもよい。

【0071】

第３キャパシタＣ３は、第１電極が第１インダクタＬ１の第２電極と他端Ｂ、Ｂ’の第１電極に電気的に連結され、第２電極が第２スイッチング素子Ｑ２の第２電極、変圧器ＴＲ１の二次巻線ｎ２の第２電極および他端Ｂ、Ｂ’の第２電極に電気的に連結されてもよい。

【0072】

第１インダクタＬ１は、第１電極が第２キャパシタＣ２の第２電極と第２スイッチング素子Ｑ２の第１電極に電気的に連結され、第２電極が第３キャパシタＣ３の第１電極および他端Ｂ、Ｂ’の第１電極Ｂに電気的に連結されてもよい。

【0073】

このような絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣは、第１スイッチング素子Ｑ１がオンになると、一端Ａ、Ａ’に連結されたバッテリーセルが放電する。第１スイッチング素子Ｑ１がオンになると、一端Ａ、Ａ’に連結されたバッテリーセルが電圧源となり、変圧器ＴＲ１の一次巻線ｎ１にバッテリーセルの電圧に該当する電圧が印加される。また、変圧器ＴＲ１の二次巻線ｎ２に巻き数の比に該当する電圧がかかる。また、第１インダクタＬ１と第３キャパシタＣ３には、変圧器ＴＲ１の二次巻線ｎ２の電圧に第２キャパシタＣ２の電圧を加算した電圧がかかり、これによる電流が第３キャパシタＣ３に流れることによって、他端Ｂ、Ｂ’に電力が移行する。

【0074】

この際、第１スイッチング素子Ｑ１がオフ状態になると、変圧器ＴＲ１の励磁電流による磁束によって二次巻線ｎ２および第２スイッチング素子Ｑ２のダイオードＤ２を介して電流が流れて、第２キャパシタＣ２を充電する。また、これと同時に、第１インダクタＬ１に流れた電流が続いて流れるので、第３キャパシタＣ３を介して第２スイッチング素子Ｑ２のダイオードＤ２を介して流れた電流が次第に減少する。

【0075】

すなわち、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣは、第１スイッチング素子Ｑ１がオンになったとき、変圧器ＴＲ１に蓄積したエネルギーが第３キャパシタＣ３に伝達および貯蔵される。また、第１キャパシタＣ１と第３キャパシタＣ３は、充電および放電時に変圧器ＴＲ１を介した電流を平滑させる。

【0076】

このような絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣは、一端Ａ、Ａ’に連結されたバッテリーセルの電圧が平均電圧Ｖａよりさらに大きい場合、第１スイッチング素子Ｑ１がオン／オフしながら、バッテリーセルを放電させる。この際、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣの一端Ａ、Ａ’に連結されたバッテリーセルから放電された電圧が他端Ｂ、Ｂ’に連結されたバッテリーセルを充電することができる。

【0077】

もちろん、反対に、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣは、一端Ａ、Ａ’に連結されたバッテリーセルの電圧が平均電圧Ｖａより小さい場合、第２スイッチング素子Ｑ２がオン／オフしながら、一端Ａ、Ａ’に連結されたバッテリーセルを充電させることができる。この際、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣは、他端Ｂ、Ｂ’に連結されたバッテリーセルから放電された電圧で一端Ａ、Ａ’に連結されたバッテリーセルを充電することができる。

【0078】

すなわち、バッテリーモジュール１１３およびこれを含むエネルギー貯蔵装置１００は、セル電圧均等化を隣接するセルの間の充・放電を通じて進めることによって、セル電圧均等化のために抵抗を介して放電を進めて効率を減少させるのを防止することができる。また、バッテリーモジュール１１３およびこれを含むエネルギー貯蔵装置１００は、１つのバッテリーセルと隣接する１つのバッテリーセルの間を充放電を通じて均等化することによって、多数の直列連結されたバッテリーセルとダイレクトにセル均等化するときに発生するスイッチ耐圧特性を向上させるためのサイズおよび費用の増加を防止させることができる。

【0079】

以上で説明したことは、本発明によるエネルギー貯蔵装置を実施するための１つの実施形態に過ぎないものであり、本発明は、上記した実施形態に限定されず、以下の特許請求範囲で請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する分野における通常の知識を有するものであれば、誰でも様々な変更実施が可能な範囲まで本発明の技術的精神があるといえる。

【符号の説明】

【0080】

１００ エネルギー貯蔵装置
１１０ バッテリーラック
１１０ａ 第１バッテリーラック
１１１ ラックフレーム
１１２ バッテリー制御装置
１１３ バッテリーモジュール
１１３ａ 第１バッテリーモジュール
１１３ａｍ セル電圧均等化装置

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図5】