JP5059876B2 - 電荷均等化装置 - Google Patents

Description

本発明はバッテリー電荷均等化装置に係り、特に変圧器の１次巻線及び２次巻線を容易に製作することができ、直列で連結されたバッテリーの充電状態に応じて、バッテリーに流入される電荷の流れを制御することができ、現在充電されているバッテリーに過電流が流れることを防止することができる電荷均等化装置に関するものである。

多くのシステムは、直列で連結される複数のバッテリーセルを含むバッテリーパックまたはバッテリーアレイとして構成されるバッテリーを用いている。

このようなバッテリーセルは定格充電範囲より著しく高く充電されるかあるいは定格充電範囲より低く放電される場合、危険になることがある。

そして、バッテリーセルの充電状態の不均衡はさまざまな原因で発生し、製造中またはバッテリーの充電または放電中に発生する。特に、リチウムイオンセルの場合、工場でのセルの製造は、バッテリーアレイのセル間の容量の差を最小化するように厳密に制御される。しかし、セルの不平衡または不一致は、最初に工場での製造後に一致していた状態にかかわらず、多くの他の要因によって発生する。

セルの不平衡に影響を及ぼす要因は、例えば、各セルの化学反応、セルのインピーダンス、自己放電の速度、容量減少、動作温度の変動とそれぞれのセル間の他の変動が含まれる。

セルの温度の不一致はセル不一致の重要な要因である。例えば、バッテリーセルには“自己放電（ｓｅｌｆ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）”があるが、これはバッテリー温度の関数で
あり、高温のバッテリーが低温のバッテリーより通常高い自己放電率を表す。その結果、高温のバッテリーは低温のバッテリーより時間に対する低充電状態を表す。

バッテリーのセルの充電状態において不均衡は深刻な問題である。例えば、電気車両において典型的に発生し得るもので、バッテリーのエネルギー供給能力は最低充電状態にあるバッテリーセルによって制限される。

このバッテリーセルが消耗されると、他のバッテリーセルはエネルギー供給を持続する能力を喪失する。これは、他のバッテリーセルがまだ電力を供給することができる能力があるとしても同じである。よって、バッテリーセルの充電状態の不均衡はバッテリーの電力供給能力を減少させる。

もちろん、前述したものは、一つまたはそれ以上のバッテリーセルが消耗された場合に他のバッテリーセルによる電力供給がまったくできないというのではない。ただ、直列連結の場合、一つまたはそれ以上のバッテリーセルをすべて放電してしまっても、残りのバッテリーセルにまだ電荷が残っていたらそれでも続けて使用することができるが、そうなれば、放電が完了したバッテリーセルに反転極性の電圧が生じ、その結果、そのバッテリーセルが過熱、あるいはガスの発生に起因し、爆発する危険性があるため電力供給能力を喪失する、という意味である。

バッテリーセルの充電状態の不均衡を矯正するさまざまな方法が提案されており、その中の一方法が図１に示されている。

図１は従来技術による中央集中型電荷均等化装置を示す図である。

図１を参照すれば、従来の中央集中型電荷均等化装置は、変圧器Ｔ、Ｎ個の半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎ、制御スイッチＳＷ、及び電圧検出及び駆動信号生成部１０を含む。

変圧器Ｔは一つの１次巻線とＮ個の２次巻線を持ち、Ｎ個の２次巻線が一つの共通コアに連結され、１次巻線と２次巻線は互いに異なる極性を持つ。言い換えれば、１次巻線のドット（ｄｏｔ）と２次巻線のドットは互いに異なるところに位置する。このような変圧器Ｔの２次巻線はいずれも同一巻線数を持ち、１次巻線と２次巻線の巻線比はＮ１：Ｎ２である。

半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎは２次巻線の一端とバッテリーＢ１〜Ｂｎの陽極（＋）との間に連結されて、２次巻線からバッテリーＢ１〜Ｂｎに供給されるエネルギーを整流する。

制御スイッチＳＷは１次巻線に直列で連結されて、電圧検出及び駆動信号生成部１０から供給される駆動信号に応じて閉ループを形成する。

電圧検出及び駆動信号生成部１０は、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの各電圧を検出し、検出された電圧を基準電圧と比較し、基準電圧より高い電圧で充電、つまり過充電されたバッテリーの電圧を放電させるための駆動信号を生成する。

このような従来の中央集中型電荷均等化装置の電荷均等化方法を説明すれば次の通りである。

まず、電圧検出及び駆動信号生成部１０は直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの各電圧を検出する。

その後、電圧検出及び駆動信号生成部１０は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのいずれか一つのバッテリーで検出された電圧が基準電圧より高い場合、制御スイッチＳＷをオンさせる。

これにより、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎから供給されるエネルギーが変圧器Ｔの１次巻線に磁気エネルギーに変換されて保存される。

その後、電圧検出及び駆動信号生成部１０は、制御スイッチＳＷをオフさせると、変圧器Ｔの１次巻線に保存された磁気エネルギーは電荷に変換され、２次巻線と半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎを介して、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎにそれぞれ充電される。

この際、制御スイッチＳＷがオフされているうちに変圧器Ｔの共通コアに連結された２次巻線を介して、相対的に電位の低いバッテリーに一層多くの電荷が移動することにより電荷均等化がなされる。

しかし、このような従来の中央集中型電荷均等化装置は、一つの共通コアにバッテリーの数だけの２次巻線が連結されているので、直列で連結されたバッテリーの数が増加すれば、増加したバッテリーの数だけの２次巻線を一つの共通コアに連結しなければならないため、変圧器Ｔの２次巻線の製作が難しくなるだけでなく、変圧器Ｔの２次巻線に対する
１次巻線の巻数比が直列で連結されたバッテリーの数だけ増加するため、バッテリーの数が増加するほど１次巻線の製作が難しくなる問題がある。

また、従来の中央集中型電荷均等化装置は、一つの共通コアにバッテリーの数だけの２次巻線が連結されているため、直列で連結されたバッテリーの充電状態に応じて、バッテリーに流入される電荷の流れをそれぞれ制御することができないだけでなく、現在充電されているバッテリーに過電流が流れることを防止することができない問題がある。

これにより、直列で連結されたバッテリーの電圧均等化の際、一部のバッテリーで過充電及び過放電が発生する問題が生じる。

したがって、本発明は、変圧器の１次巻線及び２次巻線を容易に製作することができる電荷均等化装置を提供しようとする。

また、本発明は、直列で連結されたバッテリーの充電状態に応じて、バッテリーに流入される電荷の流れを制御することができる電荷均等化装置を提供しようとする。

最後に、本発明は、現在充電されるバッテリーに過電流が流れることを防止することができる電荷均等化装置を提供しようとする。

本発明の一面によれば、直列で連結されたＮ個のバッテリーにそれぞれ並列で連結され、前記Ｎ個のバッテリーの中で過充電されたバッテリーから放電されたエネルギーを保存し、保存されたエネルギーで前記過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーを充電させるＮ個の変圧器；前記直列で連結されたＮ個のバッテリーからの電荷を前記Ｎ個の変圧器のそれぞれの１次巻線に供給するために、前記Ｎ個の変圧器のそれぞれの１次巻線の一端と前記バッテリーの中で第１バッテリーの陽極との間にそれぞれ連結されたＮ個の充放電制御スイッチング部；前記直列で連結されたＮ個のバッテリーからの電荷を前記Ｎ個の変圧器のそれぞれの１次巻線に供給するために、前記Ｎ個の変圧器の１次巻線の他端の共通端子と接地との間に連結された再分配スイッチ；前記Ｎ個の変圧器のそれぞれの２次巻線の一端と前記バッテリーの陽極との間にそれぞれ連結されたＮ個の第１半導体スイッチング素子；及び前記直列で連結されたＮ個のバッテリーの各電圧を検出し、検出された電圧によって前記充放電制御スイッチング部及び再分配スイッチを駆動させるための駆動信号を生成して、前記充放電制御スイッチング部及び再分配スイッチの駆動を制御する電圧検出及び駆動信号生成部；を含む電荷均等化装置が提供される。

本発明の他の面によれば、一つの１次巻線と二つの２次巻線を備え、過充電されたバッテリーから放電されたエネルギーを過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに充電させるために、直列で連結されたＮ個のバッテリーにそれぞれ並列で連結されたＮ個の変圧器；前記直列で連結されたＮ個のバッテリーに並列で連結された第１電荷充電装置及び第２電荷充電装置；前記直列で連結されたＮ個のバッテリーに並列で連結され、前記直列で連結されたＮ個のバッテリーからの電荷を前記Ｎ個の変圧器のそれぞれの１次巻線に供給する第１再分配スイッチ及び第２再分配スイッチ；前記直列で連結されたＮ個のバッテリーからの電荷を前記Ｎ個の変圧器のそれぞれの１次巻線に供給するために、前記第１再分配スイッチ及び第２再分配スイッチの共通端と前記変圧器の１次巻線の一端との間にそれぞれ連結されたＮ個の充放電制御スイッチング部；前記Ｎ個の変圧器の第１の２次巻線と前記バッテリーの陽極との間にそれぞれ連結されたＮ個の第１半導体スイッチング素子；前記Ｎ個の変圧器の第２の２次巻線と前記バッテリーの陽極との間にそれぞれ連結
されたＮ個の第２半導体スイッチング素子；及び前記直列で連結されたＮ個のバッテリーの各電圧を検出し、検出された電圧によって前記充放電制御スイッチング部及び再分配スイッチを駆動させるための駆動信号を生成して、前記充放電制御スイッチング部及び再分配スイッチの駆動を制御する電圧検出及び駆動信号生成部を含む電荷均等化装置が提供される。

したがって、本発明は、直列で連結されたバッテリーの数にかかわらず、小容量の変圧器を直列で連結されたバッテリーにそれぞれ並列で連結することで、優れた電荷均等化特性を維持するとともに変圧器の１次巻線及び２次巻線を容易に製作することができる。

また、本発明は、変圧器の１次巻線に直列で連結された充放電制御スイッチによって直列で連結されたバッテリーの充電状態に応じて、バッテリーに流入される電荷の流れを制御することができる。

また、本発明は、直列で連結されたＮ個のバッテリーに並列で連結された再分配スイッチによって、直列で連結されたＮ個のバッテリーのそれぞれの充電状態に応じて、バッテリーに流入される電荷の流れを制御することができる。

最後に、本発明は、バッテリーの電荷均等化がほとんど完了する時点またはほぼすべての充放電制御スイッチがオンされた時点で任意の少数のバッテリーに過電流が流れる場合、再分配スイッチに印加される駆動信号のＰＷＭ時比率を制御することで、現在充電されているバッテリーに過電流が流れることを防止することができる。

従来技術による電荷均等化装置を示す図である。 本発明の実施例による電荷均等化装置を示す図である。 図２に示す電圧検出及び駆動信号生成部を示す図である。 図２に示す電荷均等化装置でバッテリーの電荷を均等化させるための閉ループを示す図である。 図２に示す電荷均等化装置でバッテリーの電荷を均等化させるための閉ループを示す図である。 本発明の他の実施例による電荷均等化装置を示す図である。 図６に示す電荷均等化装置でバッテリーの電荷を均等化させるための閉ループを示す図である。 図６に示す電荷均等化装置でバッテリーの電荷を均等化させるための閉ループを示す図である。 本発明のさらに他の実施例による電荷均等化装置を示す図である。 図９に示す電荷均等化装置でバッテリーの電荷を均等化させるための閉ループを示す図である。 図９に示す電荷均等化装置でバッテリーの電荷を均等化させるための閉ループを示す図である。

以下、添付図面に基づいて本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

図２は本発明の実施例による電荷均等化装置を示す図、図３は図２に示す電圧検出及び駆動信号生成部１００を示す図である。

図２及び図３を参照すれば、本発明の実施例による電荷均等化装置は、直列で連結され
たＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎにそれぞれ並列で連結されたＮ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎ、Ｎ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の一端と直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの第１バッテリーＢ１の陽極（＋）との間にそれぞれ直列で連結されたＮ個の充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及びＮ個の第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎ、Ｎ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の一端とバッテリーＢ１〜Ｂｎの陽極との間にそれぞれ直列で連結されたＮ個の第２半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎ、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の他端の共通端子と接地（ＧＮＤ）との間に連結された再分配スイッチ（ＣＳＷ）、及びバッテリーＢ１〜Ｂｎの電圧を検出し、検出された値を用いて充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び再分配スイッチ（ＣＳＷ）の動作を制御する電圧検出及び駆動信号生成部１００を含む。

変圧器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれは、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの中で基準電圧より高い電圧を持つバッテリー、つまり過充電されたバッテリーの電圧を基準電圧に低め、基準電圧より低い電圧を持つバッテリー、つまり過放電されたバッテリーの電圧を基準電圧に高めるために、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎにそれぞれ並列で連結される。

このような変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の一端（ドットが形成されている端子）は、充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎを介して、直列で連結されたバッテリーの中で第１バッテリーＢ１の陽極（＋）に共通に連結され、１次巻線の他端（ドットが形成されていない端子）は再分配スイッチ（ＣＳＷ）の一端に共通に連結される。

また、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の一端（ドットが形成されていない端子）は第２半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎを介してバッテリーＢ１〜Ｂｎの陽極（＋）に連結され、２次巻線の他端（ドットが形成されている端子）はバッテリーＢ１〜Ｂｎの陰極（−）にそれぞれ連結される。

この際、変圧器Ｔ１〜Ｔｎは、１次巻線と２次巻線の極性が互いに反対である、つまり１次巻線に形成されたドット（Ｄｏｔ）と２次巻線に形成されたドットの位置が異なるフライバック（Ｆｌｙｂａｃｋ）形態に構成され、変圧器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれの１次巻線と２次巻線の巻線比はＮ１：Ｎ２である。この際、Ｎ１はＮ２より大きな値を持つ。

ここで、変圧器Ｔ１〜Ｔｎは１次巻線と２次巻線に形成されたドットの位置が異なるフライバック形態が使用されたが、１次巻線と２次巻線に形成されたドットの位置が同一である、つまり極性が同一であるフォーワード（Ｆｏｒｗａｒｄ）形態が使用されることもできる。

充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのそれぞれはバッテリーＢ１〜Ｂｎの陽極（＋）と第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎのアノードとの間に連結され、電圧検出及び駆動信号生成部１００から供給されるハイ（ＨＩＧＨ）状態の第１駆動信号に応じてオンされて、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの中で過充電されたバッテリーから放電されるエネルギーを過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に供給し、電圧検出及び駆動信号生成部１００から供給されるロー（ＬＯＷ）状態の第２駆動信号に応じてオフされて、過充電されたバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線には電流が流れないように遮断する。

このために、過充電されたバッテリーに並列で連結された充放電制御スイッチは電圧検出及び駆動信号生成部１００からロー状態の第２駆動信号を受信し、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結された充放電制御スイッチはハイ状態の第１
駆動信号を受信する。

これにより、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線には電流が流れる一方、過充電されたバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線には充放電制御スイッチによって電流が遮断されるので、電流が流れなくなる。

このような充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの中で過放電されたバッテリーの検出された電圧値によって相異なるタイミングでオン／オフされる。

言い換えれば、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの中で第１バッテリーＢ１と第３バッテリーＢ３が過放電されている場合、二つのバッテリーの中でもっと低い電圧値を持つバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線により多いエネルギーが供給されるように動作することになる。

すなわち、二つのバッテリーの中で、より低い電圧値を持つバッテリーは、より長い時間ハイ状態の駆動信号が供給されるため、バッテリーは長時間充電され、相対的に、より高い電圧値を持つバッテリーは、より短い時間ハイ状態の駆動信号が供給されるため、バッテリーは短時間充電される。これにより、過放電された二つのバッテリーが基準電圧に均等化することになる。

このために、充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、電圧検出及び駆動信号生成部１００から相異なるタイミングまたは同一タイミングを持つ第１駆動信号及び第２駆動信号を受信する。

このような充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎはＮ型ＭＯＳＦＥＴで構成されたが、これに限定されず、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ダイオード、リレーなどのスイッチ素子のいずれか１種で構成されることもできる。

第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎは変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の一端と充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎとの間に連結されて、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎからのエネルギーが変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線に供給されるように動作する。

また、第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎは、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎからの電荷が変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線に供給されるとき、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線に保存されたエネルギーが直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎに供給されることを防止する。

このような第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎは充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線との間に連結されているが、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの第１バッテリーＢ１の陽極（＋）と充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎとの間に連結されることもできる。

言い換えれば、充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎの位置が変わることもできる。

ここで、第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎはダイオードで構成されているが、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレーなどのスイッチング素子のいずれか１種で構成されるこ
ともできる。

このような充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎは、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎを充電または放電させるとき、充放電経路を形成し、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線から直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎに電荷が供給されることを防止するので、充放電制御スイッチング部と名付けることができる。

この際、充放電制御スイッチング部は、第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎによって変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線からの電荷が直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎに供給されることを防止するので、一方向にだけ動作する。

しかし、充放電制御スイッチング部の充放電制御スイッチと第１半導体スイッチング素子が同一型のＭＯＳＦＥＴで構成され、内部ダイオードが互いに反対方向に配置される場合、両方向に動作することができる。この際、充放電制御スイッチ及び第１半導体スイッチング素子ゲートには同一駆動信号が供給されなければならない。これについては、図９に示す本発明のさらに他の実施例で説明する。

第２半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎは変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の一端とバッテリーＢ１〜Ｂｎの陽極との間に連結されて、２次巻線からのエネルギーがバッテリーＢ１〜Ｂｎに供給されるように動作する。

また、第２半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎは、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線からのエネルギーがバッテリーＢ１〜Ｂｎに供給されるとき、バッテリーＢ１〜Ｂｎからの電荷が変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線に供給されることを防止する。

このような第２半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎはダイオードで構成されたが、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレーなどのスイッチング素子のいずれか１種で構成されることもできる。

再分配スイッチ（ＣＳＷ）は変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の他端の共通端子と接地（ＧＮＤ）との間に連結されて、過充電されたバッテリーから放電されるエネルギーが過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に供給されるように閉ループを形成し、過充電されない変圧器の１次巻線に供給されたエネルギーを２次巻線に伝達する役目をする。

言い換えれば、再分配スイッチ（ＣＳＷ）は電圧検出及び駆動信号生成部１００から供給されるハイ状態の第３駆動信号に応じてオンされて、直列で連結されたバッテリーから放電されるエネルギーが過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に供給されるように閉ループを形成する。また、再分配スイッチ（ＣＳＷ）は電圧検出及び駆動信号生成部１００からロー状態の第４駆動信号に応じてオフされて、過充電されない変圧器の１次巻線に保存されたエネルギーを２次巻線に伝達させる。

このために、再分配スイッチ（ＣＳＷ）は充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと同時にオン／オフされるか、あるいは充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎがオン／オフされた後にオン／オフされる。

このような再分配スイッチ（ＣＳＷ）はＮ型ＭＯＳＦＥＴで構成されたが、これに限定されず、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ダイオード、リレーなどのスイッチ素子のいずれか
１種で構成されることもできる。

電圧検出及び駆動信号生成部１００は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの各電圧を検出し、検出された電圧を基準電圧と比較し、検出された電圧が基準電圧より高い場合、基準電圧より高い電圧で充電、つまり過充電されたバッテリーを放電させ、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーを充電させるために、ハイ状態の第１駆動信号及び第３駆動信号とロー状態の第２駆動信号及び第４駆動信号を生成して充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給する。ここで、基準電圧はバッテリーＢ１〜Ｂｎから検出された電圧の平均電圧を意味する。

このような電圧検出及び駆動信号生成部１００は、過充電されたバッテリーに直列で連結された充放電制御スイッチにはロー状態の第２駆動信号を供給し、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結された充放電制御スイッチにはハイ状態の第１駆動信号を供給する。

また、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、直列で連結されたバッテリーからエネルギーを放電させる場合、ハイ状態の第３駆動信号を再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給し、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーを充電させる場合、ロー状態の第４駆動信号を再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給する。

ここで、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、ほぼすべての充放電制御スイッチがオンされた時点あるいはバッテリーの電荷均等化がほとんど完了する時点で任意の少数のバッテリーにだけ電荷が充電されるとき、低い時比率のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）で形成された第３駆動信号及び第４駆動信号を再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給する。これは、現在充電されているバッテリーに電流が過度に流れることを防ぐために、直列で連結されたＮ個のバッテリーで最初から少量の電荷を放電させるためである。

また、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、オン／オフされるタイミングが同一あるいは相異なる第１駆動信号及び第２駆動信号を充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎに供給する。

これにより、過放電されたバッテリーの中で相対的に低い電圧を持つバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に多いエネルギーが供給され、相対的に高い電圧を持つバッテリーに連結された変圧器の１次巻線に少ないエネルギーが供給される。

このような電圧検出及び駆動信号生成部１００は、第１駆動信号、第２駆動信号、第３駆動信号及び第４駆動信号を充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び再分配スイッチ（ＣＳＷ）に同時に供給するか、あるいは充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎに第１駆動信号または第２駆動信号を供給した後、再分配スイッチ（ＣＳＷ）に第３駆動信号または第４駆動信号を供給する。

このために、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、図３に示すように、センシング部１０２、マイクロプロセッサ１０４、及びスイッチ駆動回路部１０６を含む。

センシング部１０２はそれぞれのバッテリーＢ１〜Ｂｎに連結されてバッテリーＢ１〜Ｂｎの各電圧を検出する。

マイクロプロセッサ１０４は、センシング部１０２によって検出されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの平均電圧を基準電圧に設定し、基準電圧とセンシング部１０２によって検出され
た電圧が基準電圧より高いか高くなるおそれがあると判断される場合、バッテリーを充／放電させるための充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び再分配スイッチ（ＣＳＷ）のオン／オフ時間を設定する。

スイッチ駆動回路部１０６は、マイクロプロセッサ１０４から入力される信号に応じて第１駆動信号、第２駆動信号、第３駆動信号及び第４駆動信号を生成して充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び再分配スイッチ（ＣＳＷ）にそれぞれ供給する。

このような本発明の実施例による電荷均等化装置は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの数にかかわらず、小容量の変圧器を直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎにそれぞれ並列で連結することで、優れた電荷均等化特性を維持するとともに変圧器の１次巻線及び２次巻線を容易に製作することができる。

また、本発明の実施例による電荷均等化装置は、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線に直列で連結された充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎによって、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのそれぞれの充電状態に応じて、バッテリーに流入される電荷の流れを制御することができる。

最後に、本発明の実施例による電荷均等化装置は、バッテリーの電荷均等化がほとんど完了する時点またはほぼすべての充放電制御スイッチがオンされた時点で任意の少数のバッテリーに過電流が流れる場合、再分配スイッチ（ＣＳＷ）に印加される駆動信号のＰＷＭ時比率を制御することで、現在充電されているバッテリーに過電流が流れることを防止することができる。

このような本発明の実施例による電荷均等化装置を用いて、直列で連結されたバッテリーの電圧を均等化させる方法を説明すれば次のようである。

ここで、本発明の実施例による電荷均等化装置は、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎに電気的充電装置または電気的負荷が連結されていない状態で、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの電荷均等化を行うことを原則とするが、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線と再分配スイッチ（ＣＳＷ）がバイパス回路（ｂｙｐａｓｓ ｃｉｒｃｕｉｔ）と作用
する程度に電流収容量が大きいか充電または放電される電流の大きさが小さい場合には、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎに電気的充電装置または電気的負荷がかかっていても、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの電荷を均等化することができる。

まず、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの各電圧を検出する。

この際、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの中で一部のバッテリーで基準電圧より高いか高くなるおそれがあると判断される場合、過充電されたバッテリーまたは過充電されようとするバッテリーは放電させ、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリー、つまり過放電されたバッテリーは充電させるために、過充電されたバッテリーに並列で連結される変圧器の１次巻線に直列で連結された充放電制御スイッチにロー状態の第２駆動信号を供給し、過放電されたバッテリーに並列で連結されている変圧器の１次巻線に直列で連結された充放電制御スイッチにハイ状態の第１駆動信号を供給する。

これにより、過充電されたバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に直列で連結されている充放電制御スイッチはオフされ、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に直列で連結されている充放電制御スイッ
チはオンされる。

また、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、ハイ状態の第３駆動信号を再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給して再分配スイッチ（ＣＳＷ）をオンさせる。

この際、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、充放電制御スイッチと再分配スイッチに第１駆動信号、第２駆動信号及び第３駆動信号を同時に供給して充放電制御スイッチと再分配スイッチを同時に動作させるか、あるいは充放電制御スイッチに第１駆動信号及び第２駆動信号を供給して充放電制御スイッチを駆動させた後、再分配スイッチを駆動させる。

これにより、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎから放電される電荷が過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリー、つまり過放電されたバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に磁気エネルギーに変換されて保存される。

例えば、第１バッテリーＢ１と第ＮバッテリーＢｎを除いた残りのバッテリーが過充電されている場合、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、第１充放電制御スイッチＳＷ１及び第Ｎ充放電制御スイッチＳＷにハイ状態の第１駆動信号を供給し、残りの充放電制御スイッチＳＷ２〜ＳＷｎ−１にはロー状態の第２駆動信号を供給する。

また、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、ハイ状態の第３駆動信号を再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給する。

これにより、図４に示すように、第１変圧器Ｔ１及び第Ｎ変圧器Ｔｎの１次巻線には直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎから放電される電荷が磁気エネルギーに変換されて保存され、第１変圧器Ｔ１及び第Ｎ変圧器Ｔｎを除いた残りの変圧器（Ｔ２〜Ｔｎ−１）にはエネルギーが充電されなくなる。

すなわち、第２スイッチＳＷ２〜第Ｎ−１スイッチＳＷｎ−１は、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎから供給される電荷が第２変圧器Ｔ２〜第Ｎ−１変圧器Ｔｎ−１の１次巻線に保存されないように、開回路（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ）を形成する。

その後、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、ロー状態の第４駆動信号を再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給して再分配スイッチ（ＣＳＷ）をオフさせる。

これにより、図５に示すように、逆起電力が発生して、第１バッテリーＢ１及び第ＮバッテリーＢｎに並列で連結された変圧器Ｔ１、Ｔｎの１次巻線に保存されたエネルギーは２次巻線に伝達されて電荷に変換され、２次巻線に直列で連結された第２半導体スイッチング素子Ｄ２１、Ｄ２ｎを介して、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに供給される。これにより、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーは、第２半導体スイッチング素子Ｄ２１、Ｄ２ｎを介して供給された電荷で充電される。

このような過程は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの電圧が均等化するときまで繰り返される。このために、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの電圧を続けて検出して第１駆動信号及び第２駆動信号を生成した後、充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給する。

図６は本発明の他の実施例による電荷均等化装置を示す図である。

図６を参照すれば、本発明の他の実施例による電荷均等化装置は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎにそれぞれ並列で連結されたＮ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎ、Ｎ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の一端にそれぞれ直列で連結されたＮ個の充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ、充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線との間に直列で連結されたＮ個の第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎ、Ｎ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の一端とバッテリーＢ１〜Ｂｎの陽極（＋）との間にそれぞれ直列で連結された第２半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎ及びインダクタＬ１〜Ｌｎ、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の他端及びバッテリーＢ１〜Ｂｎ陰極の共通端子と第２半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎ及びインダクタＬ１〜Ｌｎの共通端子との間に接続された第３半導体スイッチング素子Ｄ３１〜Ｄ３ｎ、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の他端と接地（ＧＮＤ）との間に連結された再分配スイッチ（ＣＳＷ）、及びバッテリーＢ１〜Ｂｎの電圧を検出し、検出された値を用いて充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び再分配スイッチ（ＣＳＷ）の動作を制御する電圧検出及び駆動信号生成部１００を含む。

変圧器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれは、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの中で基準電圧より高い電圧を持つバッテリー、つまり過充電されたバッテリーの電圧を基準電圧に低め、基準電圧より低い電圧を持つバッテリー、つまり過放電されたバッテリーの電圧を基準電圧に高めるために、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎにそれぞれ並列で連結される。

このような変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の一端（ドットが形成されている端子）は充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎを介して、直列で連結されたバッテリーの中で第１バッテリーＢ１の陽極（＋）に共通に連結され、１次巻線の他端（ドットが形成されていない端子）は再分配スイッチ（ＣＳＷ）の一端に共通に連結される。

また、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の一端（ドットが形成されている端子）は第２半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎ及びインダクタＬ１〜Ｌｎを介してバッテリーＢ１〜Ｂｎの陽極（＋）に連結され、２次巻線の他端（ドットが形成されていない端子）はバッテリーＢ１〜Ｂｎの陰極（−）にそれぞれ連結される。

この際、変圧器Ｔ１〜Ｔｎは１次巻線と２次巻線の極性が互いに同一である、つまり１次巻線に形成されたドット（Ｄｏｔ）と２次巻線に形成されたドットの位置が同一であるフォーワード形態に構成された。このような変圧器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれの１次巻線と２次巻線の巻線比はＮ１：Ｎ２である。この際、Ｎ１はＮ２より大きな値を持つ。

充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのそれぞれはバッテリーＢ１〜Ｂｎの陽極（＋）と第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎのアノードとの間に連結され、電圧検出及び駆動信号生成部１００から供給されるハイ（ＨＩＧＨ）状態の第１駆動信号に応じてオンされて、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎから放電されるエネルギーを過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に供給し、電圧検出及び駆動信号生成部１００から供給されるロー（ＬＯＷ）状態の第２駆動信号に応じてオフされて、過充電されたバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線には電流が流れないように遮断する。

このために、過充電されたバッテリーに並列で連結された充放電制御スイッチは電圧検出及び駆動信号生成部１００からロー状態の第２駆動信号を受信し、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結された充放電制御スイッチはハイ状態の第１駆動信号を受信する。

これにより、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線には電流が流れる一方、過充電されたバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線には充放電制御スイッチによって電流が遮断されるので電流が流れなくなる。

このような充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの中で過放電されたバッテリーの電圧の検出された電圧値によって互いに異なるタイミングでオン／オフされる。

言い換えれば、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの中で第１バッテリーＢ１と第３バッテリーＢ３が過放電されている場合、二つのバッテリーの中でもっと低い電圧値を持つバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線にもっと多いエネルギーが供給されるように動作することになる。

すなわち、二つのバッテリーの中でもっと低い電圧値を持つバッテリーはもっと長い時間のうちに充電されるようにもっと長いハイ状態の駆動信号が供給され、相対的にもっと高い電圧値を持つバッテリーはもっと短い時間のうちに充電されるようにもっと短い時間を持つハイ状態の駆動信号を供給する。これにより、過放電された二つのバッテリーが基準電圧に均等化することになる。

このために、充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは電圧検出及び駆動信号生成部１００から相異なるタイミングまたは同一タイミングを持つ第１駆動信号及び第２駆動信号を受信する。

このような充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎはＮ型ＭＯＳＦＥＴで構成されたが、これに限定されず、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ダイオード、リレーなどのスイッチ素子のいずれか１種で構成されることもできる。

第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎは変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の一端と充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎとの間に連結されて、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎからのエネルギーが変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線に供給されるように動作する。

また、第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎは、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎからの電荷が変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線に供給されるとき、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線に保存されたエネルギーが直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎに供給されることを防止する。

このような第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎは充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線との間に連結されているが、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの第１バッテリーＢ１の陽極（＋）と充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎとの間に連結されることもできる。

言い換えれば、充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎの位置が変わることもできる。

ここで、第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎはダイオードで構成されているが、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレーなどのスイッチング素子のいずれか１種で構成されることもできる。

このような充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎは、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎを充電または放電させるとき、充放電経路を形成し、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線から直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎに電荷が供給されることを防止するので、充放電制御スイッチング部と名付けることができる。

この際、充放電制御スイッチング部は、第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎによって変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線からの電荷が直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎに供給されることを防止するので、一方向にだけ動作する。

しかし、充放電制御スイッチング部の充放電制御スイッチと第１半導体スイッチング素子が同一型のＭＯＳＦＥＴで構成され、内部ダイオードが互いに反対方向に配置される場合、両方向に動作することができる。この際、充放電制御スイッチ及び第１半導体スイッチング素子ゲートには同一駆動信号が供給されなければならない。これについては、図９に示す本発明のさらに他の実施例で詳細に説明する。

第２半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎは変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の一端とインダクタＬ１〜Ｌｎとの間に連結されて、２次巻線からのエネルギーがインダクタＬ１〜Ｌｎを介してバッテリーＢ１〜Ｂｎに供給されるように動作する。

また、第２半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎは変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線からのエネルギーがバッテリーＢ１〜Ｂｎに供給されるとき、バッテリーＢ１〜Ｂｎからの電荷が変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線に供給されることを防止する。

このような第２半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎはダイオードで構成されたが、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレーなどのスイッチング素子のいずれか１種で構成されることもできる。

インダクタＬ１〜Ｌｎは第２半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎのカソードとバッテリーＢ１〜Ｂｎの陽極（＋）との間に連結され、再分配スイッチ（ＣＳＷ）がオンされるとき、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線で供給されるエネルギーを保存し、再分配スイッチ（ＣＳＷ）がオフされるとき、保存されたエネルギーをバッテリーＢ１〜Ｂｎに供給する。

第３半導体スイッチング素子Ｄ３１〜Ｄ３ｎは変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の他端及びバッテリーＢ１〜Ｂｎの陰極（−）の共通端子と第２半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎのカソード及びインダクタＬ１〜Ｌｎの共通端子との間に連結されて、インダクタＬ１〜Ｌｎに保存されたエネルギーがバッテリーＢ１〜Ｂｎに供給されるように、閉ループを形成する。

このような第３半導体スイッチング素子Ｄ３１〜Ｄ３ｎはダイオードで構成されたが、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレーなどのスイッチング素子のいずれか１種で構成されることもできる。

再分配スイッチ（ＣＳＷ）は変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の他端の共通端子と接地（ＧＮＤ）との間に連結されて、直列で連結されたバッテリーから放電されるエネルギーが過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に供給されるように閉ループを形成し、過充電されない変圧器の１次巻線に供給されたエネルギーを２次巻線に伝達する役目をする。

言い換えれば、再分配スイッチ（ＣＳＷ）は電圧検出及び駆動信号生成部１００から供給されるハイ状態の第３駆動信号に応じてオンされて、過充電されたバッテリーから放電されるエネルギーが過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に供給されるように閉ループを形成する。

この際、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線に供給されたエネルギーは変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線に伝達される。言い換えれば、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線と２次巻線のドットが同一のところに形成されているので、再分配スイッチ（ＣＳＷ）がオンされるとき、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線に供給されたエネルギーはすぐ変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線に伝達される。

これにより、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線に伝達されたエネルギーは第３半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎ及びインダクタＬ１〜Ｌｎを介して、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリー、つまり過放電されたバッテリーに供給される。これにより、過放電されたバッテリーが充電される。

また、再分配スイッチ（ＣＳＷ）は電圧検出及び駆動信号生成部１００からロー状態の第４駆動信号に応じてオフされて、インダクタＬ１〜Ｌｎに逆起電力を発生させることにより、インダクタＬ１〜Ｌｎに保存されたエネルギーを過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに充電させることになる。

このような再分配スイッチ（ＣＳＷ）は充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと同時にオン／オフされるか充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎがオン／オフされた後にオン／オフされる。

そして、再分配スイッチ（ＣＳＷ）はＮ型ＭＯＳＦＥＴで構成されたが、これに限定されず、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ダイオード、リレーなどのスイッチ素子のいずれか１種で構成されることもできる。

電圧検出及び駆動信号生成部１００は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの各電圧を検出し、検出された電圧を基準電圧と比較し、過充電されたバッテリーを放電させ、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーを充電させるために、ハイ状態の第１駆動信号及び第３駆動信号とロー状態の第２駆動信号及び第４駆動信号を生成して充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給する。ここで、基準電圧はバッテリーＢ１〜Ｂｎから検出された電圧の平均電圧を意味する。

このような電圧検出及び駆動信号生成部１００は、過充電されたバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に直列で連結されている充放電制御スイッチにはロー状態の第２駆動信号を供給し、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に直列で連結されている充放電制御スイッチにはハイ状態の第１駆動信号を供給する。

また、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、過充電されたバッテリーからエネルギーを放電させる場合、ハイ状態の第３駆動信号を再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給し、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーを充電させる場合、ロー状態の第４駆動信号を再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給する。

ここで、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、ほぼすべての充放電制御スイッチがオンされた時点あるいはバッテリーの電荷均等化がほとんど完了する時点で任意の少数のバッテリーにだけ電荷が充電されるとき、低い時比率のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍ
ｏｄｕｌａｔｉｏｎ）で形成された第３駆動信号及び第４駆動信号を再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給する。これは、現在充電されているバッテリーに電流が過度に流れることを防ぐために、直列で連結されたＮ個のバッテリーで最初から少量の電荷を放電させるためである。

また、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、オン／オフされるタイミングが同一あるいは相異なる第１駆動信号及び第２駆動信号を充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎに供給する。

これにより、過放電されたバッテリーの中で相対的に低い電圧を持つバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に多いエネルギーが供給され、相対的に高い電圧を持つバッテリーに連結された変圧器の１次巻線に少ないエネルギーが供給される。

このような電圧検出及び駆動信号生成部１００は、第１駆動信号、第２駆動信号、第３駆動信号及び第４駆動信号を充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び再分配スイッチ（ＣＳＷ）に同時に供給するかあるいは充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎに第１駆動信号または第２駆動信号を供給した後、再分配スイッチ（ＣＳＷ）に第３駆動信号または第４駆動信号を供給する。

このために、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、図３に示すように、センシング部１０２、マイクロプロセッサ１０４、及びスイッチ駆動回路部１０６を含む。

センシング部１０２はそれぞれのバッテリーＢ１〜Ｂｎに連結されてバッテリーＢ１〜Ｂｎの各電圧を検出する。

マイクロプロセッサ１０４は、センシング部１０２によって検出されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの平均電圧を基準電圧に設定し、基準電圧とセンシング部１０２によって検出された電圧が基準電圧より高いか高くなるおそれがあると判断される場合、バッテリーを充／放電させるための充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び再分配スイッチ（ＣＳＷ）のオン／オフ時間を設定する。

スイッチ駆動回路部１０６は、マイクロプロセッサ１０４から入力される信号に応じて第１駆動信号、第２駆動信号、第３駆動信号及び第４駆動信号を生成して充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び再分配スイッチ（ＣＳＷ）にそれぞれ供給する。

このような本発明の他の実施例による電荷均等化装置は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの数にかかわらず、小容量の変圧器を直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎにそれぞれ並列で連結することにより優れた電荷均等化特性を維持するとともに変圧器の１次巻線及び２次巻線を容易に製作することができる。

また、本発明の他の実施例による電荷均等化装置は、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線に直列で連結された充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎによって、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのそれぞれの充電状態に応じて、バッテリーに流入される電荷の流れを制御することができる。

最後に、本発明の他の実施例による電荷均等化装置は、バッテリーの電荷均等化がほとんど完了する時点またはほぼすべての充放電制御スイッチがオンされた時点で任意の少数のバッテリーに過電流が流れる場合、再分配スイッチ（ＣＳＷ）に印加される駆動信号のＰＷＭ時比率を制御することにより現在充電されているバッテリーに過電流が流れることを防止することができる。

このような本発明の他の実施例による電荷均等化装置を用いて直列で連結されたバッテリーの電圧を均等化させる方法を説明すれば次のようである。

ここで、本発明の他の実施例による電荷均等化装置は、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎに電気的充電装置または電気的負荷が連結されていない状態で直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの電荷均等化を行うことを原則とするが、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線と再分配スイッチ（ＣＳＷ）がバイパス回路と作用する程度に電流収容量が大きいかあるいは充電または放電される電流の大きさが小さい場合には、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎに電気的充電装置または電気的負荷がかかっていても、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの電荷を均等化することができる。

まず、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの各電圧を検出する。

この際、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの中で一部のバッテリーで基準電圧より高いか高くなるおそれがあると判断される場合、過充電されたバッテリーまたは過充電されようとするバッテリーは放電させ、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリー、つまり過放電されたバッテリーは充電させるために、過充電されたバッテリーに並列で連結される変圧器の１次巻線に直列で連結された充放電制御スイッチにロー状態の第２駆動信号を供給し、過放電されたバッテリーに並列で連結されている変圧器の１次巻線に直列で連結された充放電制御スイッチにハイ状態の第１駆動信号を供給する。

これにより、過充電されたバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に直列で連結されている充放電制御スイッチはオフされ、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に直列で連結されている充放電制御スイッチはオンされる。

また、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、ハイ状態の第３駆動信号を再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給して再分配スイッチ（ＣＳＷ）をオンさせる。

この際、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、充放電制御スイッチと再分配スイッチに第１駆動信号、第２駆動信号及び第３駆動信号を同時に供給して充放電制御スイッチと再分配スイッチを同時に動作させるか、あるいは充放電制御スイッチに第１駆動信号及び第２駆動信号を供給して充放電制御スイッチを駆動させた後、再分配スイッチ（ＣＳＷ）に第３駆動信号を供給して再分配スイッチ（ＣＳＷ）を駆動させる。

これにより、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎから放電される電荷が過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリー、つまり過放電されたバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に磁気エネルギーに変換されて保存される。

例えば、第１バッテリーＢ１と第ＮバッテリーＢｎを除いた残りのバッテリーが過充電されている場合、電圧検出及び駆動信号生成部１００は第１充放電制御スイッチＳＷ１及び第Ｎ充放電制御スイッチＳＷにハイ状態の第１駆動信号を供給し、残りの充放電制御スイッチＳＷ２〜ＳＷｎ−１にはロー状態の第２駆動信号を供給する。

また、電圧検出及び駆動信号生成部１００はハイ状態の第３駆動信号を再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給する。

これにより、図７に示すように、第１変圧器Ｔ１及び第Ｎ変圧器Ｔｎの１次巻線には直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎから放電される電荷が磁気エネルギーに変換されて保存され、第１変圧器Ｔ１及び第Ｎ変圧器Ｔｎを除いた残りの変圧器（Ｔ２〜Ｔｎ−１）にはエネルギーが充電されなくなる。

すなわち、第２スイッチＳＷ２〜第Ｎ−１スイッチＳＷｎ−１は、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎから供給される電荷が第２変圧器Ｔ２〜第Ｎ−１変圧器Ｔｎ−１の１次巻線に保存されないように開放回路を形成する。

この際、第１バッテリーＢ１及び第ＮバッテリーＢｎに並列で連結された第１変圧器Ｔ１及び第Ｎ変圧器Ｔｎの１次巻線に保存されたエネルギーは２次巻線に伝達され、２次巻線に伝達されたエネルギーは電荷に変換されて第２半導体スイッチング素子Ｄ２１、Ｄ２ｎ及びインダクタＬ１、Ｌｎを介して第１バッテリーＢ１及び第ＮバッテリーＢｎに充電される。また、第１変圧器Ｔ１及び第Ｎ変圧器Ｔｎの２次巻線を介して供給された電荷はインダクタＬ１、Ｌｎに磁気エネルギーに変換されて保存される。

その後、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、ロー状態の第４駆動信号を再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給して再分配スイッチ（ＣＳＷ）をオフさせる。

これにより、図８に示すように、逆起電力が発生し、インダクタＬ１、Ｌｎに保存されたエネルギーは電荷に変換されて第１バッテリーＢ１及び第ＮバッテリーＢｎに充電される。

このような過程は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの電圧が均等化するときまで繰り返される。このために、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの電圧を続けて検出して第１駆動信号、第２駆動信号、第３駆動信号及び第４駆動信号を生成した後、充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び再分配スイッチ（ＣＳＷ）に供給する。

図９は本発明のさらに他の実施例による電荷均等化装置を示す図である。

図９を参照すれば、本発明のさらに他の実施例による電荷均等化装置は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎにそれぞれ並列で連結されたＮ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎ、電荷充電装置Ｃ１、Ｃ２及び再分配スイッチＣＳＷ１、ＣＳＷ２、Ｎ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の一端と再分配スイッチＣＳＷ１、ＣＳＷ２の共通端子との間に直列でそれぞれ連結されたＮ個の充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの第１の２次巻線の一端とバッテリーＢ１〜Ｂｎの陽極（＋）との間に直列で連結された第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎ、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの第２の２次巻線の他端とバッテリーＢ１〜Ｂｎの陽極との間に直列で連結された第２半導体スイッチング素子Ｄ１２〜Ｄ２ｎ、及びバッテリーＢ１〜Ｂｎの電圧を検出し、検出された値を用いて充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び再分配スイッチＣＳＷ１、ＣＳＷ２の動作を制御する電圧検出及び駆動信号生成部１００を含む。

Ｎ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれは、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの中で基準電圧より高い電圧を持つバッテリー、つまり過充電されたバッテリーの電圧を基準電圧に低め、基準電圧より低い電圧を持つバッテリー、つまり過放電されたバッテリーの電圧を基準電圧に高めるために、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎにそれぞれ並列で連結される。

このような変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の一端（ドットが形成されている端子）は充放
電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎにそれぞれ連結され、他端（ドットが形成されていない端子）は共通に連結されて第１電荷充電装置Ｃ１と第２電荷充電装置Ｃ２の間の共通端子にそれぞれ連結される。

また、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの第１の２次巻線の一端（ドットが形成されている端子）は第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎのアノードにそれぞれ連結され、他端（ドットが形成されていない端子）はバッテリーＢ１〜Ｂｎの陰極（−）にそれぞれ連結され、第２の２次巻線の一端（ドットが形成されている端子）はバッテリーＢ１〜Ｂｎの陰極にそれぞれ連結され、第２の２次巻線の他端（ドットが形成されていない端子）は第２半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎのアノードにそれぞれ連結される。

言い換えれば、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の一端は充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び第１再分配スイッチＣＳＷ１を介してバッテリーＢ１〜Ｂｎの陽極に連結され、他端は共通に連結されて第２電荷充電装置Ｃ２を介して接地（ＧＮＤ）に連結される。

また、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの第１の２次巻線の一端は第１半導体スイッチング素子Ｄ１１〜Ｄ１ｎを介してバッテリーＢ１〜Ｂｎの陽極にそれぞれ連結され、第１の２次巻線の他端と第２の２次巻線の一端は共通に連結されてバッテリーＢ１〜Ｂｎの陰極にそれぞれ連結され、第２の２次巻線の他端（ドットが形成されていない端子）は第２半導体スイッチング素子Ｄ２１〜Ｄ２ｎを介してバッテリーＢ１〜Ｂｎの陽極にそれぞれ連結される。

このような変圧器Ｔ１〜Ｔｎは、１次巻線と第１の２次巻線及び第２の２次巻線の極性が同一であり、つまり１次巻線に形成されたドットと第１の２次巻線に形成されたドット及び第２の２次巻線に形成されたドットの位置が同一であり、２次巻線が二つに分けられたハーフブリッジ形態（Ｈａｌｆ Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）でなる。

この際、変圧器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれの１次巻線と２次巻線の巻線比はＮ１：Ｎ２であり、第１の２次巻線と第２の２次巻線は同一巻線比を持つ。ここで、Ｎ１はＮ２より大きな値を持つ。

第１電荷充電装置Ｃ１と第２電荷充電装置Ｃ２は直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎ及び変圧器Ｔ１〜Ｔｎに並列で連結され、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎから供給される電荷を保存する。

すなわち、第１電荷充電装置Ｃ１及び第２電荷充電装置Ｃ２は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの第１バッテリーＢ１の陽極と接地（ＧＮＤ）との間に直列で連結されて、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎから供給される電荷を保存する。

このような第１電荷充電装置Ｃ１及び第２電荷充電装置Ｃ２はキャパシタで構成されたが、キャパシタ及びバッテリーのいずれか１種で構成されることもできる。また、第１電荷充電装置Ｃ１と第２電荷充電装置Ｃ２は同一容量を持つ。

第１再分配スイッチＣＳＷ１及び第２再分配スイッチＣＳＷ２は電荷充電装置Ｃ１、Ｃ２と変圧器Ｔ１〜Ｔｎの間で電荷充電装置Ｃ１、Ｃ２及び変圧器Ｔ１〜Ｔｎに並列で連結されて、電圧検出及び駆動信号生成部１００から供給されるハイ状態の第１駆動信号に応じて、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの中で基準電圧より高い電圧を持つバッテリー、つまり過充電されたバッテリーを放電させ、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリー、つまり基準電圧と同一であるか基準電圧より低い電圧を持つバッテリーを充電させるための閉ループを形成する。

このために、第１再分配スイッチＣＳＷ１及び第２再分配スイッチＣＳＷ２は過充電されたバッテリーを放電させ、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーを充電させるとき、第１再分配スイッチＣＳＷ１がオンされると第２再分配スイッチＣＳＷ２はオフされ、第１再分配スイッチＣＳＷ１がオフされると第２再分配スイッチＣＳＷ２はオンされる。

このような第１再分配スイッチＣＳＷ１と第２再分配スイッチＣＳＷ２は直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの第１バッテリーＢ１の陽極と接地（ＧＮＤ）との間に直列で連結され、第１再分配スイッチＣＳＷ１と第２再分配スイッチＣＳＷ２の間の共通端は充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの一端に連結される。

ここで、第１再分配スイッチＣＳＷ１と第２再分配スイッチＣＳＷ２はＮ型ＭＯＳＦＥＴで構成されたが、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ダイオード、リレーなどのスイッチ素子のいずれか１種で構成されることもできる。

充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは両方向スイッチであって、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴで構成され、内部ダイオードは互いに反対方向に配置され、ゲート端子は共通に連結される。この際、充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは第１再分配スイッチＣＳＷ１と第２再分配スイッチＣＳＷ２の共通端と変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の一端との間に連結される。

このような充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、電圧検出及び駆動信号生成部１００からハイ状態の第３駆動信号が供給されるときにオンされる。これにより、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎから供給される電荷は両方向スイッチを介して変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線に供給される。

また、充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、電圧検出及び駆動信号生成部１００からロー状態の第４駆動信号が供給されるときにオンされる。これにより、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎから変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線への電荷供給がなされない。これについての詳細な説明は後述する。

以上説明したように、充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、電圧検出及び駆動信号生成部１００から供給される駆動信号状態（ハイまたはロー）にかかわらず、いつも直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの電圧が均等化することができるように両方向に動作する。

ここで、充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎはＮＭＯＳＦＥＴで構成されたが、これに限定されず、ＰＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレーのいずれか一つの素子で構成されることもできる。

電圧検出及び駆動信号生成部１００は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの各電圧を検出し、検出された電圧を基準電圧と比較し、検出された電圧が基準電圧より高い場合、基準電圧より高い電圧で充電、つまり過充電されたバッテリーを放電させ、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーを充電させるために、ハイ状態の第１駆動信号及び第３駆動信号とロー状態の第２駆動信号及び第４駆動信号を生成して再分配スイッチＣＳＷ１、ＣＳＷ２と充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎに供給する。ここで、基準電圧はバッテリーＢ１〜Ｂｎから検出された電圧の平均電圧を意味する。

このような電圧検出及び駆動信号生成部１００は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの中で過充電されたバッテリーからエネルギーを放電させ、過放電されたバッ
テリーにエネルギーを保存するために、バッテリーＢ１〜Ｂｎに並列で連結された第１再分配スイッチＣＳＷ１及び第２再分配スイッチＣＳＷ２にハイ状態の第１駆動信号とロー状態の第２駆動信号を交番に供給する。

この際、電圧検出及び駆動信号生成部１００からロー状態の第２駆動信号が第１再分配スイッチＣＳＷ１及び第２再分配スイッチＣＳＷ２に供給される場合、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの電荷を均等化させる作業は進まない。

また、電圧検出及び駆動信号生成部１００からハイ状態の第１駆動信号が第１再分配スイッチＣＳＷ１及び第２再分配スイッチＣＳＷ２のいずれか一つに供給され、ハイ状態の第３駆動信号及びロー状態の第４駆動信号のいずれか一つの信号が充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎに供給されれば、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの中で過充電されたバッテリーを基準電圧まで放電し続け、過放電されたバッテリーは基準電圧まで電荷を充電し続けることになる。

これにより、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎすべての電圧を均等化させる。

ここで、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、ほぼすべての充放電制御スイッチがオンされた時点あるいはバッテリーの電荷均等化がほとんど完了する時点で任意の少数のバッテリーにだけ電荷が充電されるとき、低い時比率のＰＷＭで形成された第３駆動信号及び第４駆動信号を第１再分配スイッチＣＳＷ１及び第２再分配スイッチＣＳＷ２に交番に供給する。これは、現在充電されているバッテリーに電流が過度に流れることを防ぐために、直列で連結されたＮ個のバッテリーで最初から少量の電荷を放電させるためである。

このような電圧検出及び駆動信号生成部１００は、図３に示すように、センシング部１０２、マイクロプロセッサ１０４、及びスイッチ駆動回路部１０６を含む。

センシング部１０２はそれぞれのバッテリーＢ１〜Ｂｎに連結されてバッテリーＢ１〜Ｂｎの各電圧を検出する。

マイクロプロセッサ１０４は、センシング部１０２によって検出されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの平均電圧を基準電圧に設定し、基準電圧とセンシング部１０２によって検出された電圧が基準電圧より高いか高くなるおそれがあると判断される場合、バッテリーを充／放電させるための充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び再分配スイッチＣＳＷ１、ＣＳＷ２のオン／オフ時間を設定する。

スイッチ駆動回路部１０６は、マイクロプロセッサ１０４から入力される信号に応じて第１駆動信号、第２駆動信号、第３駆動信号及び第４駆動信号を生成して充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及び再分配スイッチＣＳＷ１、ＣＳＷ２にそれぞれ供給する。

このような本発明のさらに他の実施例による電荷均等化装置は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの数にかかわらず、小容量の変圧器を直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎにそれぞれ並列で連結することにより優れた電荷均等化特性を維持するとともに変圧器の１次巻線及び２次巻線を容易に製作することができる。

また、本発明のさらに他の実施例による電荷均等化装置は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎに並列で連結された再分配スイッチＣＳＷ１、ＣＳＷ２によって、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのそれぞれの充電状態に応じて、バッテリーに流入される電荷の流れを制御することができる。

最後に、本発明のさらに他の実施例による電荷均等化装置は、バッテリーの電荷均等化がほとんど完了する時点またはほぼすべての充放電制御スイッチがオンされた時点で任意の少数のバッテリーに過電流が流れる場合、再分配スイッチＣＳＷ１、ＣＳＷ２に印加される駆動信号のＰＷＭ時比率を制御することにより、現在充電されているバッテリーに過電流が流れることを防止することができる。

このような本発明のさらに他の実施例による電荷均等化装置を用いて、直列で連結されたバッテリーの電圧を均等化させる方法を説明すれば次のようである。

ここで、本発明のさらに他の実施例による電荷均等化装置は、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎに電気的充電装置または電気的負荷が連結されていない状態で直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの電荷均等化を行うことを原則とするが、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線と再分配スイッチ（ＣＳＷ）がバイパス回路として作用する程度に電流収容量が大きいかあるいは充電または放電される電流の大きさが小さい場合には、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎに電気的充電装置または電気的負荷がかかっていても、直列で連結されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの電荷を均等化することができる。

まず、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの各電圧を検出する。

この際、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、直列で連結されたＮ個のバナー里Ｂ１〜Ｂｎに並列で連結された第１再分配スイッチＣＳＷ１及び第２再分配スイッチＣＳＷ２にロー状態の第２駆動信号を供給して第１再分配スイッチＣＳＷ１と第２再分配スイッチＣＳＷ２をオフさせる。

その後、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの中で一部のバッテリーで基準電圧より高いか高くなるおそれがあると判断される場合、過充電されたバッテリーまたは過充電されようとするバッテリーは放電させ、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーを充電させるために、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎに並列で連結された第１再分配スイッチＣＳＷ１にハイ状態の第１駆動信号を供給し、第２再分配スイッチＣＳＷ２にロー状態の第２駆動信号を供給する。

また、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、過充電されたバッテリーに並列で連結される変圧器の１次巻線の一端に連結された充放電制御スイッチにロー状態の第４駆動信号を供給し、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結される変圧器の１次巻線の一端に連結された充放電制御スイッチにハイ状態の第３駆動信号を供給する。

これにより、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎから放電される電荷は過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に磁気エネルギーに変換されて保存され、１次巻線に保存された磁気エネルギーは第１の２次巻線に伝達され、第１の２次巻線に伝達された磁気エネルギーが電荷に変換され、過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに供給される。

言い換えれば、図１０に示すように、第１バッテリーＢ１と第ＮバッテリーＢｎを除いた残りのバッテリーが過充電されている場合、電圧検出及び駆動信号生成部１００から供給されるハイ状態の第１駆動信号及び第３駆動信号とロー状態の第２駆動信号及び第４駆動信号に応じて第１再分配スイッチＣＳＷ１と第１充放電制御スイッチＳＷ１及び第Ｎ充
放電制御スイッチＳＷｎはオンされ、第２再分配スイッチＣＳＷ２と第２充放電制御スイッチＳＷ２〜第Ｎ−１充放電制御スイッチＳＷｎ−１はオフされる。

これにより、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎから放電される電荷は第１再分配スイッチＣＳＷ１と第１充放電制御スイッチＳＷ１を介して第１変圧器Ｔ１の１次巻線に供給され、第１再分配スイッチＣＳＷ１と第Ｎ充放電制御スイッチＳＷｎを介して第Ｎ変圧器Ｔｎの１次巻線に供給される。

この際、第１変圧器Ｔ１及び第Ｎ変圧器Ｔｎの１次巻線に供給された電荷はそれぞれの第１の２次巻線に伝達され、第１バッテリーＢ１及び第ＮバッテリーＢｎに供給される。

また、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎから供給される電荷は第２電荷充電装置Ｃ２に保存される。

これにより、第１バッテリーＢ１と第ＮバッテリーＢｎは、過充電されたバッテリーから供給される電荷を充電することになり、第１バッテリーＢ１と第ＮバッテリーＢｎを除いた残りのバッテリーは電荷を放電させながらその内部電圧が低くなる。

その後、電圧検出及び駆動信号生成部１００が第１再分配スイッチＣＳＷ１にロー状態の第２駆動信号を供給し、第２分配スイッチＣＳＷ２にハイ状態の第１駆動信号を供給する。

これにより、第１再分配スイッチＣＳＷ１はオフされ、第２再分配スイッチＣＳＷ２はオンされる。

これにより、図１１に示すように、第１充放電制御スイッチＳＷ１と第Ｎ充放電制御スイッチＳＷｎは、第２再分配スイッチＣＳＷ２とともに直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎから放電される電荷が第１変圧器Ｔ１の１次巻線と第Ｎ変圧器Ｔｎの１次巻線に供給されるように閉ループを形成する。

この際、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎからの電荷が第１変圧器Ｔ１の１次巻線と第Ｎ変圧器Ｔｎの１次巻線の他端に供給されるので、第１変圧器Ｔ１の１次巻線と第Ｎ変圧器Ｔｎの１次巻線には陰（−）の方向に電流が流れる。

第１変圧器Ｔ１の１次巻線と第Ｎ変圧器Ｔｎの１次巻線に流入される電流は第１変圧器Ｔ１の第２の２次巻線と第Ｎ変圧器Ｔｎの第２の２次巻線から流出され、第２半導体スイッチング素子Ｄ２１、Ｄ２ｎを介して第１バッテリーＢ１と第ＮバッテリーＢｎに供給される。

これにより、第１バッテリーＢ１と第ＮバッテリーＢｎは、過充電されたバッテリーから供給される電荷を充電することになり、第１バッテリーＢ１と第ＮバッテリーＢｎを除いた残りのバッテリーは電荷を放電させながらその内部電圧が低くなる。

このような過程は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの電圧が均等化するまで繰り返される。このために、電圧検出及び駆動信号生成部１００は、直列で連結されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの電圧を続けて検出してハイ状態の第１駆動信号及び第３駆動信号とロー状態の第２駆動信号及び第４駆動信号を生成した後、第１再分配スイッチＣＳＷ１、第２再分配スイッチＣＳＷ２及び充放電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎに供給する。

１０、１００：電圧検出及び駆動信号生成部
１０２：センシング部 １０４：マイクロプロセッサ
１０６：スイッチ駆動回路部

Claims (21)

1. 直列で連結されたＮ個のバッテリーにそれぞれ並列で連結され、前記Ｎ個のバッテリーの中で過充電されたバッテリーから放電されたエネルギーを保存し、保存されたエネルギーで前記過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーを充電させるＮ個の変圧器；
   前記直列で連結されたＮ個のバッテリーからの電荷を前記Ｎ個の変圧器のそれぞれの１次巻線に供給するために、前記Ｎ個の変圧器のそれぞれの１次巻線の一端と前記バッテリーの中で第１バッテリーの陽極との間にそれぞれ連結されたＮ個の充放電制御スイッチング部；
   前記直列で連結されたＮ個のバッテリーからの電荷を前記Ｎ個の変圧器のそれぞれの１次巻線に供給するために、前記Ｎ個の変圧器の１次巻線の他端の共通端子と接地との間に連結された再分配スイッチ；
   前記Ｎ個の変圧器のそれぞれの２次巻線の一端と前記バッテリーの陽極との間にそれぞれ連結されたＮ個の第１半導体スイッチング素子；及び
   前記直列で連結されたＮ個のバッテリーの各電圧を検出し、検出された電圧によって前記充放電制御スイッチング部及び再分配スイッチを駆動させるための駆動信号を生成して、前記充放電制御スイッチング部及び再分配スイッチの駆動を制御する電圧検出及び駆動信号生成部；を含むことを特徴とする、電荷均等化装置。
2. 前記Ｎ個の変圧器のそれぞれの１次巻線及び２次巻線の巻線比はＮ１：Ｎ２であることを特徴とする、請求項１に記載の電荷均等化装置。
3. 前記Ｎ１は前記Ｎ２より大きいことを特徴とする、請求項２に記載の電荷均等化装置。
4. 前記Ｎ個の第１半導体スイッチング素子と前記Ｎ個のバッテリー陽極との間にそれぞれ連結されたＮ個のインダクタ；及び
   前記Ｎ個のバッテリー陰極と前記第１半導体スイッチング素子及び前記インダクタの共通端との間に連結された第２半導体スイッチング素子をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の電荷均等化装置。
5. 前記充放電制御スイッチング部は、
   前記過充電されたバッテリーに並列で連結された変圧器の１次巻線に直列で連結されたＮ個のバッテリーからの電荷が供給されることを防止し、前記過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに前記直列で連結されたＮ個のバッテリーからの電荷が供給されるように駆動される充放電制御スイッチ；及び
   前記変圧器の１次巻線からの電荷が前記直列で連結されたＮ個のバッテリーに供給されることを防止する第３半導体スイッチング素子を含むことを特徴とする、請求項４に記載の電荷均等化装置。
6. 前記第３半導体スイッチング素子は、前記充放電制御スイッチと前記変圧器の１次巻線の一端との間に連結されるか、あるいは前記直列で連結されたＮ個のバッテリーの中で第１バッテリーの陽極と前記充放電制御スイッチの間に連結されることを特徴とする、請求項５に記載の電荷均等化装置。
7. 前記変圧器は、１次巻線に形成されたドットの位置と２次巻線に形成されたドットの位置が互いに異なることを特徴とする、請求項６に記載の電荷均等化装置。
8. 前記変圧器は、１次巻線に形成されたドットの位置と２次巻線に形成されたドットの位置が同一であることを特徴とする、請求項６に記載の電荷均等化装置。
9. 前記第１半導体スイッチング素子、第２半導体スイッチング素子及び第３半導体スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレー、及びダイオードのいずれか１種であることを特徴とする、請求項６に記載の電荷均等化装置。
10. 前記第１半導体スイッチング素子、第２半導体スイッチング素子及び第３半導体スイッチング素子はダイオードであることを特徴とする、請求項９に記載の電荷均等化装置。
11. 前記充放電制御スイッチ及び再分配スイッチは、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、及びリレーのいずれか１種であることを特徴とする、請求項６に記載の電荷均等化装置。
12. 前記充放電制御スイッチ及び再分配スイッチは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする、請求項１１に記載の電荷均等化装置。
13. 前記電圧検出及び駆動信号生成部は、
    Ｎ個のバッテリー電圧を検出するセンシング部；
    前記センシング部で検出された電圧によって前記充放電制御スイッチ及び再分配スイッチのオン／オフ時間を設定するマイクロプロセッサ；及び
    前記マイクロプロセッサから入力される信号に応じて前記充放電制御スイッチ及び再分配スイッチを駆動させるための駆動信号を生成するスイッチ駆動回路部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電荷均等化装置。
14. 一つの１次巻線と二つの２次巻線を備え、過充電されたバッテリーから放電されたエネルギーを過充電されたバッテリーを除いた残りのバッテリーに充電させるために、直列で連結されたＮ個のバッテリーにそれぞれ並列で連結されたＮ個の変圧器；
    前記直列で連結されたＮ個のバッテリーに並列で連結された第１電荷充電装置及び第２電荷充電装置；
    前記直列で連結されたＮ個のバッテリーに並列で連結され、前記直列で連結されたＮ個のバッテリーからの電荷を前記Ｎ個の変圧器のそれぞれの１次巻線に供給する第１再分配スイッチ及び第２再分配スイッチ；
    前記直列で連結されたＮ個のバッテリーからの電荷を前記Ｎ個の変圧器のそれぞれの１次巻線に供給するために、前記第１再分配スイッチ及び第２再分配スイッチの共通端と前記変圧器の１次巻線の一端との間にそれぞれ連結されたＮ個の充放電制御スイッチング部；
    前記Ｎ個の変圧器の第１の２次巻線と前記バッテリーの陽極との間にそれぞれ連結されたＮ個の第１半導体スイッチング素子；
    前記Ｎ個の変圧器の第２の２次巻線と前記バッテリーの陽極との間にそれぞれ連結されたＮ個の第２半導体スイッチング素子；及び
    前記直列で連結されたＮ個のバッテリーの各電圧を検出し、検出された電圧によって前記充放電制御スイッチング部及び再分配スイッチを駆動させるための駆動信号を生成し、前記充放電制御スイッチング部及び再分配スイッチの駆動を制御する電圧検出及び駆動信号生成部；を含むことを特徴とする電荷均等化装置。
15. 前記Ｎ個の変圧器のそれぞれの１次巻線と２次巻線の巻線比はＮ１：Ｎ２であり、第１の２次巻線と第２の２次巻線の巻線比は同一であることを特徴とする、請求項１４に記載の電荷均等化装置。
16. 前記Ｎ１は前記Ｎ２より大きいことを特徴とする、請求項１５に記載の電荷均等化装置。
17. 前記変圧器の１次巻線に形成されたドットの位置と前記第１の２次巻線及び第２の２次
    巻線に形成されたドットの位置が同一であることを特徴とする、請求項１６に記載の電荷均等化装置。
18. 前記第１半導体スイッチング素子及び第２半導体スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレー、及びダイオードのいずれか１種であることを特徴とする、請求項１４に記載の電荷均等化装置。
19. 前記第１半導体スイッチング素子及び第２半導体スイッチング素子は、ダイオードであることを特徴とする、請求項１８に記載の電荷均等化装置。
20. 前記再分配スイッチは、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、及びリレーのいずれか１種であることを特徴とする、請求項１９に記載の電荷均等化装置。
21. 前記電圧検出及び駆動信号生成部は、
    Ｎ個のバッテリー電圧を検出するセンシング部；
    前記センシング部で検出された電圧によって前記充放電制御スイッチ及び再分配スイッチのオン／オフ時間を設定するマイクロプロセッサ；及び
    前記マイクロプロセッサから入力される信号に応じて前記充放電制御スイッチ及び再分配スイッチを駆動させるための駆動信号を生成するスイッチ駆動回路部を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の電荷均等化装置。

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