KR101453229B1 - 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 회로, 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 방법 - Google Patents

Abstract

직렬 셀에 전하를 충전하기 위한 코일과, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위한 코일을 공유화하여, 회로 전체의 구성을 보다 소형화한다. 제1 및 제2 축전 셀에 공통으로 코일을 설치한다. 축전 셀의 한쪽에 코일을 전기적으로 접속하여 충전하고, 그 후 다른 쪽에 상기 코일을 전기적으로 접속하여 충전한다. 코일에 흐르는 충전 전류의 경로를 전환하는 복수의 스위치를 설치한다. 제1 충전 기간에서, 코일을 통해 기준 전압에 흐르는 충전 전류의 경로를 형성하고, 제2 충전 기간에서, 코일로부터 제2 셀에 흐르는 충전 전류의 경로를 형성하고, 제3 충전 기간에서, 코일을 통해 기준 전압에 흐르는 충전 전류의 경로를 형성하고, 제4 충전 기간에서, 코일의 일단과 제1 셀의 일단을 도통시키고, 코일의 타단과 제1 셀의 타단을 도통시켜, 코일로부터 제1 셀에 흐르는 충전 전류의 경로를 형성한다.

Description

직렬 축전 셀의 밸런스 충전 회로, 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 방법{CIRCUIT FOR BALANCE-CHARGING SERIAL STORAGE CELLS AND METHOD FOR BALANCE-CHARGING SERIAL STORAGE CELLS}

본 발명은 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 회로, 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 방법에 관한 것이다.

이차 전지나 용량 등의 축전 셀(이하, 셀이라고 함)은 직렬 접속하여 사용하는 경우가 많다. 셀을 직렬 접속하면, 직렬 셀의 양단의 전압이 높아지므로, 직렬 셀을 단일인 모듈, 즉, 단일인 패키지로 했을 때, 저전압의 전원으로 직렬 셀을 충전하기 위해서는, 인덕터 등을 사용한 승압형의 충전 회로가 필요해진다. 도 109에서의 충전 회로(503)가 종래부터 일반적으로 알려져 있는 직렬 셀의 충전 회로이다.

충전 회로(503)는 코일(인덕터)(L1), 스위치(S1), 스위치(S2), 충전용 제어 회로(Control5)를 구비하고 있고, 입력 단자(501)에 코일(L1)의 일단이 접속되고, 출력 단자(502)에 스위치(S1)의 일단이 접속되고, 기준 전압 단자에 스위치(S2)의 일단이 접속되어 있다. 그리고, 스위치(S1)의 타단과 스위치(S2)의 타단에 코일(L1)의 타단이 접속되어 있다. 또한, 충전용 제어 회로(Control5)는, 스위치(S1)와 스위치(S2)의 온/오프를 제어한다. 또한, 스위치(S1)의 일단에는 직렬 셀이 접속된다.

충전용 제어 회로(Control5)에 의해 스위치(S2)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(501)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하고, 직렬 셀에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다.

이어서, 충전량 제어 회로(Control5)에 의해, 스위치(S2)를 오프로 하고, 스위치(S1)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 직렬 셀에 전하를 충전한다.

이와 같이 하여, 직렬 셀을 충전할 수 있다.

그런데, 축전 셀은 제조 공정에 의해 그 용량값에 편차가 발생한다.

이러한 경우, 직렬 셀간의 용량값에 편차가 있으면, 충전을 행한 후에, 직렬 셀간의 전압 편차가 발생한다. 전압 편차가 발생하면, 직렬 셀의 한쪽 셀에 전압이 집중되어, 수명이 짧아진다는 문제가 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해서, 직렬 셀의 각 셀의 전압을 균등화하여 전압의 밸런스를 유지하는 직렬 셀의 전압 밸런스 보정 회로(셀 밸런스 회로)가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

도 109에서의 셀 밸런스 회로(504)는 특허문헌 1에 기재된 종래의 셀 밸런스 회로이다.

셀 밸런스 회로(504)는 코일(L2), 스위치(S3), 스위치(S4), 셀(Cell1), 셀(Cell2), 셀 밸런스용 제어 회로(Control6)를 구비하고 있다. 셀(Cell1)과 셀(Cell2)은 직렬 접속되고, 직렬 단의 한쪽이 출력 단자(502)에 접속되고, 다른 쪽이 기준 전압 단자에 접속되어 있다. 그리고, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 접점에 코일(L2)의 일단이 접속되고, 출력 단자(502)에 스위치(S3)의 일단이 접속되고, 기준 전압 단자에 스위치(S4)의 일단이 접속되고, 스위치(S3)의 타단과 스위치(S4)의 타단에 코일(L2)의 타단이 접속되어 있다. 또한, 셀 밸런스용 충전 회로(Control6)는, 스위치(S3)와 스위치(S4)의 온/오프를 제어한다.

셀 밸런스용 제어 회로(Control6)에 의해 스위치(S4)를 온으로 한다. 그리고, 셀(Cell2)에 충전된 전하 중, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위한 전류를 코일(L2)에 흘려, 충전 전류를 축적한다.

이어서, 셀 밸런스용 제어 회로(Control6)에 의해, 스위치(S4)를 오프로 하고, 스위치(S3)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L2)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell1)에 전하를 충전하여, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지한다.

상술한 바와 같이, 충전 회로 및 셀 밸런스 회로는, 각각 코일이 1개씩 필요해진다.

상술한 충전 회로와 셀 밸런스 회로 모두를 겸비하면, 직렬 셀을 충전해서 각 셀의 전압의 밸런스를 유지하는 직렬 셀의 밸런스 충전 회로가 된다.

도 109의 전체는 종래의 직렬 셀의 밸런스 충전 회로를 도시하는 도면이다. 종래의 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬 셀을 충전하는 충전 회로(503)와 각 셀의 전압의 밸런스를 유지하는 셀 밸런스 회로(504)로 구성된다.

충전 회로(503)는 코일(인덕터)(L1), 스위치(S1), 스위치(S2), 충전용 제어 회로(Control5)를 구비하고 있고, 입력 단자(501)에 코일(L1)의 일단이 접속되고, 출력 단자(502)에 스위치(S1)의 일단이 접속되고, 기준 전압 단자에 스위치(S2)의 일단이 접속되어 있다. 그리고, 스위치(S1)의 타단과 스위치(S2)의 타단에 코일(L1)의 타단이 접속되어 있다. 또한, 충전용 제어 회로(503)는 스위치(S1)와 스위치(S2)의 온/오프를 제어한다.

셀 밸런스 회로(504)는 코일(L2), 스위치(S3), 스위치(S4), 셀(Cell1), 셀(Cell2), 셀 밸런스용 제어 회로(Control6)를 구비하고 있고, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)은 직렬 접속되고, 출력 단자(502)에 직렬 단의 한쪽이 접속되고, 기준 전압 단자에 다른 쪽이 접속되어 있다. 그리고, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 접점에 코일(L2)의 일단이 접속되고, 출력 단자(502)에 스위치(S3)의 일단이 접속되고, 기준 전압 단자에 스위치(S4)의 일단이 접속되고, 스위치(S3)의 타단과 스위치(S4)의 타단에 코일(L2)의 타단이 접속되어 있다. 또한, 셀 밸런스용 충전 회로(Control6)는, 스위치(S3)와 스위치(S4)의 온/오프를 제어한다.

도 110 내지 도 113은 종래의 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 충전용 제어 회로(Control5)에 의해 스위치(S2)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(501)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하고, 코일(L1)에 직렬 셀에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 110의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 충전량 제어 회로(Control5)에 의해, 스위치(S2)를 오프로 하고, 스위치(S1)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류를 직렬 셀에 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 111의 파선 화살표로 나타낸다.

상술한 충전용 제어 회로(Control5)의 동작과 평행하게, 셀 밸런스용 제어 회로(Control6)에 의해 스위치(S4)를 온으로 한다. 그리고, 셀(Cell2)에 충전된 전하 중, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위한 전하를 코일(L2)에 흘려, 충전 전류를 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 112의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 셀 밸런스용 제어 회로(Control6)에 의해, 스위치(S4)를 오프로 하고, 스위치(S3)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L2)에 충전된 충전 전류를 셀(Cell1)에 충전하여, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지한다. 충전 전류의 경로를 도 113의 파선 화살표로 나타낸다.

종래의 직렬 셀의 밸런스 충전 회로에서는, 이와 같이 하여, 직렬 셀에 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하여, 출력 단자(502)로부터 출력 전압(Vout)을 얻고 있다.

일본 특허 공개 제2008-17605호 공보

그러나, 종래의 특허문헌 1에 기재된 직렬 셀의 밸런스 충전 회로에서는, 다음과 같은 문제가 있었다. 종래의 직렬 셀의 밸런스 충전 회로에서는, 직렬 셀에 전하를 충전하기 위한 코일 1개와, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위한 코일 1개의 총 2개의 코일이 필요하다. 즉, 코일은 스위치 등의 부품에 비해 규모가 크므로, 코일을 많이 사용하는 것은, 회로 전체의 대형화를 초래한다는 문제가 있다.

또한, 종래의 직렬 셀의 밸런스 충전 회로를 사용하여 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위해서는, 도 109를 참조하여 설명한 바와 같이, 충전 회로가 별도 필요하였다. 즉, 이 충전 회로에 의한 충전을 행한 후(도 110, 도 111을 참조), 밸런스 회로의 동작에 의해 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지한다(도 112, 도 113을 참조)는 2단계의 동작을 거쳐서, 직렬 셀간의 충전 전압의 밸런스가 유지된다. 이와 같이, 밸런스 충전 회로 이외에, 충전 회로를 설치할 필요가 있어, 회로 전체의 대형화를 초래한다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 행해진 것이며, 직렬 셀에 전하를 충전하기 위한 코일과, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위한 코일을 공유화, 즉, 코일 1개로 실현할 수 있어, 회로 전체의 구성이 보다 소형인 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 회로, 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬 접속되고, 직렬 단의 한쪽이 출력 단자에 접속되고, 다른 쪽이 기준 전압에 접속된 제1 축전 셀과 제2 축전 셀을 밸런스 충전하는 밸런스 충전 회로이며, 상기 제1 축전 셀 및 상기 제2 축전 셀에 공통으로 설치되고, 상기 제1 축전 셀 및 상기 제2 축전 셀을 충전하기 위해 전원으로부터 공급되는 전력을 일시적으로 축적하는 코일과, 상기 제1 축전 셀 및 상기 제2 축전 셀의 한쪽에 상기 코일을 전기적으로 접속하여 충전하고, 그 후 상기 제1 축전 셀 및 상기 제2 축전 셀의 다른 쪽에 상기 코일을 전기적으로 접속하여 충전하기 위한 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 회로에 있어서, 상기 스위치부는, 상기 코일에 흐르는 충전 전류의 경로를 전환하는 복수의 스위치로 이루어지고, 상기 복수의 스위치의 온/오프를 제어하여, 상기 제2 셀을 충전하기 위한 충전 전류를 상기 코일에 충전하는 제1 충전 기간과, 상기 코일에 충전한 충전 전류를 상기 제2 셀에 충전하는 제2 충전 기간과, 상기 제1 셀을 충전하기 위한 충전 전류를 상기 코일에 충전하는 제3 충전 기간과, 상기 코일에 충전한 충전 전류를 상기 제1 셀에 충전하는 제4 충전 기간을 순서대로 반복 설정하는 제어 회로를 더 구비하고, 상기 제어 회로는, 상기 제1 충전 기간에서, 상기 코일을 통해 상기 기준 전압에 흐르는 충전 전류의 경로를 형성하도록, 상기 복수의 스위치의 온/오프를 제어하고, 상기 제2 충전 기간에서, 상기 코일로부터 상기 제2 셀에 흐르는 충전 전류의 경로를 형성하도록, 상기 복수의 스위치의 온/오프를 제어하고, 상기 제3 충전 기간에서, 상기 코일을 통해 상기 기준 전압에 흐르는 충전 전류의 경로를 형성하도록, 상기 복수의 스위치의 온/오프를 제어하고, 상기 제4 충전 기간에서, 상기 코일의 일단과 상기 제1 셀의 일단을 도통시키고, 상기 코일의 타단과 상기 제1 셀의 타단을 도통시켜, 상기 코일로부터 상기 제1 셀에 흐르는 충전 전류의 경로를 형성하도록, 상기 복수의 스위치의 온/오프를 제어하는 것이 바람직하다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 복수의 스위치는, 상기 제1 셀과 상기 제2 셀이 접속된 접점에 일단이 접속된 제1 스위치와, 입력 단자에 일단이 접속된 제2 스위치와, 상기 기준 전압에 일단이 접속된 제3 스위치와, 상기 출력 단자에 일단이 접속된 제4 스위치와, 상기 기준 전압에 일단이 접속된 제5 스위치와, 상기 제1 셀과 상기 제2 셀이 접속된 접점에 일단이 접속된 제6 스위치로 이루어지고, 상기 코일은, 상기 제1 스위치의 타단, 상기 제2 스위치의 타단, 상기 제3 스위치의 타단에 일단이 접속되고, 상기 제4 스위치의 타단, 상기 제5 스위치의 타단, 상기 제6 스위치의 타단에 타단이 접속되고, 상기 제어 회로는, 상기 제1 충전 기간에서, 상기 제2 및 제6 스위치를 온으로 하고, 상기 제1, 제3, 제4 및 제5 스위치를 오프로 하고, 상기 제2 충전 기간에서, 상기 제3 및 제6 스위치를 온으로 하고, 상기 제1, 제2, 제4 및 제5 스위치를 오프로 하고, 상기 제3 충전 기간에서, 상기 제2 및 제5 스위치를 온으로 하고, 상기 제1, 제3, 제4 및 제6 스위치를 오프로 하고, 상기 제4 충전 기간에서, 상기 제1 및 제4 스위치를 온으로 하고, 상기 제2, 제3, 제5 및 제6 스위치를 오프로 하면 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

또한, 상기 복수의 스위치는, 상기 제1 셀과 상기 제2 셀이 접속된 접점에 일단이 접속된 제1 스위치와, 입력 단자에 일단이 접속된 제2 스위치와, 상기 기준 전압에 일단이 접속된 제3 스위치와, 상기 출력 단자에 일단이 접속된 제4 스위치와, 상기 기준 전압에 일단이 접속된 제5 스위치와, 상기 제1 셀과 상기 제2 셀이 접속된 접점에 일단이 접속된 제6 스위치로 이루어지고, 상기 코일은, 상기 제1 스위치의 타단, 상기 제2 스위치의 타단, 상기 제3 스위치의 타단에 일단이 접속되고, 상기 제4 스위치의 타단, 상기 제5 스위치의 타단, 상기 제6 스위치의 타단에 타단이 접속되고, 상기 제어 회로는, 상기 제1 충전 기간에서, 상기 제2 및 제5 스위치를 온으로 하고, 상기 제1, 제3, 제4 및 제6 스위치를 오프로 하고, 상기 제2 충전 기간에서, 상기 제3 및 제6 스위치를 온으로 하고, 상기 제1, 제2, 제4 및 제5 스위치를 오프로 하고, 상기 제3 충전 기간에서, 상기 제2 및 제5 스위치를 온으로 하고, 상기 제1, 제3, 제4 및 제6 스위치를 오프로 하고, 상기 제4 충전 기간에서, 상기 제1 및 제4 스위치를 온으로 하고, 상기 제2, 제3, 제5 및 제6 스위치를 오프로 하도록 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 복수의 스위치는, 상기 출력 단자에 일단이 접속된 제1 스위치와, 입력 단자에 일단이 접속된 제2 스위치와, 상기 기준 전압에 일단이 접속된 제3 스위치와, 상기 입력 단자에 일단이 접속된 제4 스위치와, 상기 제1 셀과 상기 제2 셀이 접속된 접점에 일단이 접속된 제5 스위치로 이루어지고, 상기 코일은, 상기 제1 스위치의 타단, 상기 제2 스위치의 타단, 상기 제3 스위치의 타단에 일단이 접속되고, 상기 제4 스위치의 타단, 상기 제5 스위치의 타단에 타단이 접속되고, 상기 제어 회로는, 상기 제1 충전 기간에서, 상기 제2 및 제5 스위치를 온으로 하고, 상기 제1, 제3 및 제4 스위치를 오프로 하고, 상기 제2 충전 기간에서, 상기 제3 및 제5 스위치를 온으로 하고, 상기 제1, 제2 및 제4 스위치를 오프로 하고, 상기 제3 충전 기간에서, 상기 제3 및 제4 스위치를 온으로 하고, 상기 제1, 제2 및 제5 스위치를 오프로 하고, 상기 제4 충전 기간에서, 상기 제1, 제5 스위치를 온으로 하고, 상기 제2, 제3 및 제4 스위치를 오프로 하도록 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없고, 또한, 스위치의 개수를 삭감할 수 있으므로, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 복수의 스위치는, 상기 출력 단자에 일단이 접속된 제1 스위치와, 입력 단자에 일단이 접속된 제2 스위치와, 상기 기준 전압에 일단이 접속된 제3 스위치로 이루어지고, 상기 코일은, 상기 제1 스위치의 타단, 상기 제2 스위치의 타단, 상기 제3 스위치의 타단에 일단이 접속되고, 상기 제1 셀과 상기 제2 셀이 접속된 접점에 타단이 접속되고, 상기 제어 회로는, 상기 제1 충전 기간에서, 상기 제2 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 및 제3 스위치를 오프로 하고, 상기 제2 충전 기간에서, 상기 제3 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 및 제2 스위치를 오프로 하고, 상기 제3 충전 기간에서, 상기 제3 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 및 제2 스위치를 오프로 하고, 상기 제4 충전 기간에서, 상기 제1 스위치를 온으로 하고, 상기 제2 및 제3 스위치를 오프로 하도록 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없고, 또한, 스위치의 개수를 더욱 삭감할 수 있으므로, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 복수의 스위치는, 상기 출력 단자에 일단이 접속된 제1 스위치와, 입력 단자에 일단이 접속된 제2 스위치와, 상기 기준 전압에 일단이 접속된 제3 스위치로 이루어지고, 상기 기준 전압에 일단이 접속된 용량과, 상기 제1 셀과 상기 제2 셀이 접속된 접점에 캐소드가 접속된 다이오드를 더 구비하고, 상기 코일은, 상기 제1 스위치의 타단, 상기 제2 스위치의 타단, 상기 제3 스위치의 타단에 일단이 접속되고, 상기 용량의 타단, 상기 다이오드의 애노드에 타단이 접속되고, 상기 제어 회로는, 상기 제1 충전 기간에서, 상기 제2 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 및 제3 스위치를 오프로 하고, 상기 제2 충전 기간에서, 상기 제3 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 및 제2 스위치를 오프로 하고, 상기 제3 충전 기간에서, 상기 제3 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 및 제2 스위치를 오프로 하고, 상기 제4 충전 기간에서, 상기 제1 스위치를 온으로 하고, 상기 제2 및 제3 스위치를 오프로 하도록 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없고, 또한, 스위치의 개수를 더욱 삭감할 수 있으므로, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

또한, 상기 제어 회로는, 상기 제2 및 제4 충전 기간 종료시에 상기 코일의 충전 전류가 0이 되도록, 상기 제2 및 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 설정하는 것이 바람직하다. 이 구성을 채용함으로써, 제1 및 제3 충전 기간의 개시시에 제2 및 제4 충전 기간 종료시에 있어서의 코일의 잔류 전류를 상쇄하는 시간을 삭제할 수 있다. 또한, 제1 및 제3 충전 기간의 전류 경로에서의 각 소자의 기생 저항에, 전원측으로의 회생 전류가 흐름으로써 발생하는 전력 손실을 방지할 수도 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따른 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬 접속되고, 직렬 단의 한쪽이 출력 단자에 접속되고, 다른 쪽이 기준 전압 단자에 접속된 제1 내지 제N(N은 2 이상의 정수, 이하 동일)의 축전 셀을 밸런스 충전하는 밸런스 충전 회로이며,

상기 제1 내지 제N의 축전 셀에 공통으로 설치되고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀을 충전하기 위해 입력 단자에 접속된 전원으로부터 공급되는 전력을 일시적으로 축적하는 코일과,

상기 입력 단자와 상기 기준 전압의 사이에 상기 코일을 전기적으로 접속하기 위한 제1 복수의 스위치와,

상기 제1 내지 제N의 축전 셀의 각각의 양단에 상기 코일의 양단을 전기적으로 접속하여 충전하기 위한 제2 복수의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 회로에 있어서, 상기 제1 복수의 스위치의 온/오프를 제어하여, 상기 제k(1≤k≤N)의 축전 셀을 충전하기 위한 충전 전류를 상기 코일에 충전하는 제k 코일 충전 기간과, 상기 제2 복수의 스위치의 온/오프를 제어하여, 상기 제k 코일 충전 기간에서 상기 코일에 충전한 충전 전류를 상기 제k 축전 셀에 충전하는 제k 축전 셀 충전 기간을, 상기 제k 축전 셀을 충전하는 제k 충전 기간으로 하고, 상기 제1 내지 제N의 충전 기간의 각각을 순서 없이 반복해서 설정하는 제어 회로를 더 구비하고,

상기 제어 회로는, 상기 제k 코일 충전 기간에서, 상기 코일을 통해 상기 입력 단자로부터 상기 기준 전압 단자에 흐르는 충전 전류의 경로를 형성하도록, 상기 제1 복수의 스위치의 온/오프를 제어하고,

상기 제k 축전 셀 충전 기간에서, 상기 코일로부터 상기 제k 축전 셀에 흐르는 충전 전류의 경로를 형성하도록, 상기 제2 복수의 스위치의 온/오프를 제어하는 것이 바람직하다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제1 복수의 스위치는, 상기 입력 단자에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제1 코일 접속 스위치와, 상기 코일의 타단에 일단이 접속되고, 상기 기준 전압 단자에 타단이 접속된 제2 코일 접속 스위치로 이루어지고, 상기 제2 복수의 스위치는, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀의 각각의 하측에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀의 각각의 상측에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제어 회로는, 상기 제k 코일 충전 기간에서, 상기 제1 및 제2 코일 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제k 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제1 및 제2 코일 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제k 축전 셀 하측 접속 스위치와 상기 제k 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제2 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치 중 상기 제k 축전 셀 하측 접속 스위치 이외의 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치 중 상기 제k 축전 셀 상측 접속 스위치 이외의 스위치를 오프로 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제어 회로는, 상기 제1 코일 충전 기간에서, 상기 제1 및 제2 코일 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제3 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제M(2≤M≤N)의 코일 충전 기간에서, 상기 제1 및 제2 코일 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제3 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제M의 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제1 및 제2 코일 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제M의 축전 셀 하측 접속 스위치와 상기 제M의 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치 중 상기 제M의 축전 셀 하측 접속 스위치 이외의 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치 중 상기 제M의 축전 셀 상측 접속 스위치 이외의 스위치를 오프로 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제어 회로는, 상기 제1 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제1 코일 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제2 코일 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제2 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제M의 코일 충전 기간에서, 상기 제1 및 제2 코일 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제M의 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제1 및 제2 코일 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제M의 축전 셀 하측 접속 스위치와 상기 제M의 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치 중 상기 제M의 축전 셀 하측 접속 스위치 이외의 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치 중 상기 제M의 축전 셀 상측 접속 스위치 이외의 스위치를 오프로 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제어 회로는, 상기 제1 코일 충전 기간에서, 상기 제2 코일 접속 스위치를 온으로 하는 대신에, 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하도록 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제어 회로는, 상기 제k 코일 충전 기간에서, 상기 제1 및 제2 코일 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제1 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제1 코일 접속 스위치 및 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제2 코일 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치 중 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치 이외의 스위치를 오프로 하고, 상기 제k(k≥2)의 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제1 및 제2 코일 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제k 축전 셀 하측 접속 스위치와 상기 제k 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치 중 상기 제k 축전 셀 하측 접속 스위치 이외의 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치 중 상기 제k 축전 셀 상측 접속 스위치 이외의 스위치를 오프로 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제1 복수의 스위치는, 상기 입력 단자에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제1 코일 접속 스위치와, 상기 코일의 타단에 일단이 접속되고, 상기 기준 전압 단자에 타단이 접속된 제2 코일 접속 스위치와, 상기 입력 단자에 일단이 접속되고, 상기 코일의 타단에 타단이 접속된 제3 코일 접속 스위치와, 상기 코일의 일단에 일단이 접속되고, 상기 기준 전압 단자에 타단이 접속된 제4 코일 접속 스위치로 이루어지고, 상기 제2 복수의 스위치는, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀의 각각의 하측에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제k(k는 짝수)의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀의 각각의 상측에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제k(k는 홀수)의 축전 셀 상측 접속 스위치로 이루어지도록 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제어 회로는, 상기 제k(k는 홀수)의 코일 충전 기간에서, 상기 제1 및 제2 코일 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제k(k는 짝수)의 코일 충전 기간에서, 상기 제3 및 제4 코일 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제k(k는 홀수)의 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제k 축전 셀 상측 접속 스위치와 상기 제(k+1)의 축전 셀 하측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1부터 상기 제4까지의 코일 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치 중 상기 제k 축전 셀 상측 접속 스위치 이외의 스위치와 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치 중 상기 제(k+1)의 축전 셀 하측 접속 스위치 이외의 스위치를 오프로 하고, 상기 제k(k는 짝수)의 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제k 축전 셀 하측 접속 스위치와 상기 제(k-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1부터 상기 제4까지의 코일 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치 중 상기 제k 축전 셀 하측 접속 스위치 이외의 스위치와 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치 중 상기 제(k-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치 이외의 스위치를 오프로 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제어 회로는, 상기 제1 코일 충전 기간에서, 상기 제2 코일 접속 스위치를 온으로 하는 대신에, 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제어 회로는, 상기 제1 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제4 코일 접속 스위치를 온으로 하는 대신에, 상기 제1 코일 접속 스위치를 온으로 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제1 복수의 스위치는, 상기 입력 단자에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제1 코일 접속 스위치와, 상기 입력 단자에 일단이 접속되고, 상기 코일의 타단에 타단이 접속된 제3 코일 접속 스위치와, 상기 코일의 일단에 일단이 접속되고, 상기 기준 전압 단자에 타단이 접속된 제4 코일 접속 스위치로 이루어지고, 상기 제2 복수의 스위치는, 상기 제3 내지 제N의 축전 셀의 각각의 하측에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제3 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀의 각각의 상측에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치로 이루어지도록 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제어 회로는, 상기 제1 코일 충전 기간에서, 상기 제1 코일 접속 스위치 및 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제2 내지 제N의 코일 충전 기간에서, 상기 제3 및 제4 코일 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제3 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제1 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제4 코일 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제3 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치 중 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치 이외의 스위치를 오프로 하고, 상기 제k(k≥2)의 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제1 내지 제3 코일 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제(k+1)의 축전 셀 하측 접속 스위치와 상기 제k 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치 중 상기 제(k+1)의 축전 셀 하측 접속 스위치 이외의 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치 중 상기 제k 축전 셀 상측 접속 스위치 이외의 스위치를 오프로 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제1 복수의 스위치는, 상기 입력 단자에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제1 코일 접속 스위치와, 상기 코일의 일단에 일단이 접속되고, 상기 기준 전압 단자에 타단이 접속된 제4 코일 접속 스위치로 이루어지고, 상기 제2 복수의 스위치는, 상기 제3 내지 제N의 축전 셀의 각각의 하측에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제3 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀의 각각의 상측에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치로 이루어지도록 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제어 회로는, 상기 제1 코일 충전 기간에서, 상기 제1 코일 접속 스위치 및 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제2 내지 제N의 코일 충전 기간에서, 상기 제4 코일 접속 스위치 및 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제3 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제1 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제4 코일 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제3 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치 중 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치 이외의 스위치를 오프로 하고, 상기 제k(k≥2)의 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제1 내지 제3 코일 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제(k+1)의 축전 셀 하측 접속 스위치와 상기 제k 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치 중 상기 제(k+1)의 축전 셀 하측 접속 스위치 이외의 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치 중 상기 제k 축전 셀 상측 접속 스위치 이외의 스위치를 오프로 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제어 회로는, 상기 제k(2≤k=N)의 코일 충전 기간에서, 상기 제4 코일 접속 스위치 및 상기 제(k-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제3 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제2 내지 제N의 축전 셀 상측 접속 스위치 중 상기 제(k-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치 이외의 스위치를 오프로 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제1 복수의 스위치는, 상기 입력 단자에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제1 코일 접속 스위치와, 상기 코일의 일단에 일단이 접속되고, 상기 기준 전압 단자에 타단이 접속된 제4 코일 접속 스위치로 이루어지고, 상기 제2 복수의 스위치는, 상기 제3 내지 제N의 축전 셀의 각각의 하측에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제3 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀의 각각의 상측에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치로 이루어지고, 또한, 상기 제1 축전 셀의 상측에 캐소드가 접속되고, 또한, 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치에 애노드가 접속된 다이오드와, 상기 다이오드의 애노드와 기준 전압의 사이에 접속된 용량을 가져도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제1 복수의 스위치는, 상기 입력 단자에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제1 코일 접속 스위치와, 상기 코일의 일단에 일단이 접속되고, 상기 기준 전압 단자에 타단이 접속된 제4 코일 접속 스위치로 이루어지고, 상기 제2 복수의 스위치는, 상기 제3 내지 제N의 축전 셀의 각각의 하측에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제3 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀의 각각의 상측에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치로 이루어지고, 또한, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 각각에 대응하여 설치되어 대응하는 축전 셀의 각각의 상측에 캐소드가 접속되고, 또한, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치에 애노드가 접속된 제1 내지 제(N-1) 다이오드와, 상기 제1 내지 제(N-1) 다이오드 각각에 대응하여 설치되어 대응하는 다이오드의 애노드와 기준 전압의 사이에 접속된 제1 내지 제(N-1)의 캐패시터를 가져도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제어 회로는, 상기 제1 코일 충전 기간에서, 상기 제1 코일 접속 스위치 및 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제2 내지 제N의 코일 충전 기간에서, 상기 제4 코일 접속 스위치 및 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제3 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제1 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제4 코일 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제3 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치 중 상기 제1 축전 셀 상측 접속 스위치 이외의 스위치를 오프로 하고, 상기 제k(k≥2)의 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제1 내지 제3 코일 접속 스위치를 오프로 하고, 상기 제(k+1)의 축전 셀 하측 접속 스위치와 상기 제k 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치 중 상기 제(k+1)의 축전 셀 하측 접속 스위치 이외의 스위치와, 상기 제1 내지 제(N-1)의 축전 셀 상측 접속 스위치 중 상기 제k 축전 셀 상측 접속 스위치 이외의 스위치를 오프로 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제N의 축전 셀의 상측에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제(N+1)의 축전 셀 하측 접속 스위치를 더 구비하고, 상기 제N의 축전 셀을 충전할 경우, 상기 제N의 상측 접속 스위치와 함께 제(N+1)의 축전 셀 하측 접속 스위치를 온으로 하도록 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제1 복수의 스위치는, 상기 입력 단자에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제1 코일 접속 스위치와, 상기 코일의 타단에 일단이 접속되고, 상기 기준 전압 단자에 타단이 접속된 제2 코일 접속 스위치를 포함하고, 상기 제2 복수의 스위치는, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀의 각각의 하측에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치와, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀의 각각의 상측에 일단이 접속되고, 상기 코일의 일단에 타단이 접속된 제1 내지 제N의 축전 셀 상측 접속 스위치로 이루어지도록 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제어 회로는, 상기 제1 내지 제N의 코일 충전 기간에서, 상기 제1 코일 접속 스위치 및 상기 제2 코일 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제k(1≤k≤N)의 축전 셀 충전 기간에서, 상기 제k 축전 셀 하측 접속 스위치와 상기 제k 축전 셀 상측 접속 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 하측 접속 스위치 중 상기 제k 축전 셀 하측 접속 스위치 이외의 스위치와, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀 상측 접속 스위치 중 상기 제k 축전 셀 상측 접속 스위치 이외의 스위치를 오프로 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

상기 제어 회로는, 상기 제k(k는 홀수)의 코일 충전 기간 및 상기 제k(k는 홀수)의 축전 셀 충전 기간에 상당하는 동작이 모두 완료한 후, 상기 제k(k는 짝수)의 코일 충전 기간 및 상기 제k(k는 짝수)의 축전 셀 충전 기간에 상당하는 동작을 행하도록 상기 스위치를 제어하도록 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다. 또한, 코일에 흐르는 전류의 방향이 바뀌는 횟수가 1회만으로 되어, 전력 소비의 효율이 좋다.

상기 제어 회로는, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀에 대해서, 상기 제P(P은 1 내지 N 중 어느 하나)의 축전 셀과 상기 제Q(Q는 1 내지 N 중 어느 하나이면서, 또한, P를 제외함)의 축전 셀의 상측끼리를 전기적으로 접속하고, 상기 제P의 축전 셀과 상기 제Q의 축전 셀의 충전 전압의 밸런스를 유지하도록 상기 스위치를 제어하도록 해도 된다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다. 이 구성을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 밸런스 충전 회로 전체의 구성을 보다 소형으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 방법은, 입력 단자에 접속된 전원으로부터 전력이 공급되어, 출력 단자와 기준 전압 단자의 사이에 상기 기준 전압 단자로부터 순서대로 직렬 접속된 제1 내지 제N(N은 2 이상의 정수, 이하 동일)의 축전 셀을 밸런스 충전하는 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 방법이며, 코일을, 상기 입력 단자와 상기 기준 전압 단자의 사이에 전기적으로 접속하여, 상기 제k(1≤k≤N)의 축전 셀을 충전하기 위한 충전 전류를 상기 코일에 충전하는 제1 스텝과, 상기 코일을, 상기 제k 축전 셀의 양단에 전기적으로 접속하여, 상기 제1 스텝에서 상기 코일에 충전한 충전 전류를 상기 제k 축전 셀에 충전하는 제2 스텝과, 상기 제1 및 제2 스텝을 반복해서 실행하여, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀을 1개씩 충전하는 제3 스텝을 구비한 것을 특징으로 한다. 이 방법을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없어, 코일 1개로 직렬 축전 셀을 밸런스 충전할 수 있다.

본 발명에 따르면, 직렬 셀에 전하를 충전하기 위한 코일과, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위한 코일을 공유화, 즉, 코일 1개로 실현할 수 있으므로, 회로 전체를 보다 소형으로 구성할 수 있다는 효과를 발휘한다.

또한, 전압의 밸런스를 유지하면서 직렬 셀을 충전하므로, 충전 회로를 별도 설치할 필요가 없어, 회로 전체를 보다 소형으로 구성할 수 있다는 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태를 도시하는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태를 도시하는 회로도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시 형태에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시 형태를 도시하는 회로도이다.
도 16은 본 발명의 제3 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 제3 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 제3 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 제3 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 발명의 제3 실시 형태에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 21은 본 발명의 제4 실시 형태를 도시하는 회로도이다.
도 22는 본 발명의 제4 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 본 발명의 제4 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 본 발명의 제4 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 25는 본 발명의 제4 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 26은 본 발명의 제4 실시 형태에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 27은 본 발명의 제5 실시 형태를 도시하는 회로도이다.
도 28은 본 발명의 제5 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 29는 본 발명의 제5 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 30은 본 발명의 제5 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 31은 본 발명의 제5 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 32는 본 발명의 제5 실시 형태에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 33은 본 발명의 제6 실시 형태를 도시하는 회로도이다.
도 34는 본 발명의 제6 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 35는 본 발명의 제6 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 36은 본 발명의 제6 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 37은 본 발명의 제6 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 38은 본 발명의 제6 실시 형태에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 39는 본 발명의 제7 실시 형태를 도시하는 회로도이다.
도 40은 본 발명의 제7 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 41은 본 발명의 제7 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 42는 본 발명의 제7 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 43은 본 발명의 제7 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 44는 본 발명의 제7 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 45는 본 발명의 제7 실시 형태에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 46은 본 발명의 제8 실시 형태를 도시하는 회로도이다.
도 47은 본 발명의 제8 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 48은 본 발명의 제8 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 49는 본 발명의 제8 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 50은 본 발명의 제8 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 51은 본 발명의 제8 실시 형태에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 52는 본 발명의 제9 실시 형태를 도시하는 회로도이다.
도 53은 본 발명의 제9 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 54는 본 발명의 제9 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 55는 본 발명의 제9 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 56은 본 발명의 제9 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 57은 본 발명의 제9 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 58은 본 발명의 제9 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 59는 본 발명의 제9 실시 형태에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 60은 본 발명의 제9 실시 형태의 변형예에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 61은 본 발명의 제9 실시 형태의 변형예에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 62는 본 발명의 제9 실시 형태의 변형예에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 63은 본 발명의 제10 실시 형태를 도시하는 회로도이다.
도 64는 본 발명의 제10 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 65는 본 발명의 제10 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 66은 본 발명의 제10 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 67은 본 발명의 제10 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 68은 본 발명의 제10 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 69는 본 발명의 제10 실시 형태에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 70은 본 발명의 제11 실시 형태를 도시하는 회로도이다.
도 71은 본 발명의 제11 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 72는 본 발명의 제11 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 73은 본 발명의 제11 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 74는 본 발명의 제11 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 75는 본 발명의 제11 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 76은 본 발명의 제11 실시 형태에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 77은 본 발명의 제12 실시 형태를 도시하는 회로도이다.
도 78은 본 발명의 제12 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 79는 본 발명의 제12 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 80은 본 발명의 제12 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 81은 본 발명의 제12 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 82는 본 발명의 제12 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 83은 본 발명의 제12 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 84는 본 발명의 제12 실시 형태에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 85는 본 발명의 제13 실시 형태를 도시하는 회로도이다.
도 86은 본 발명의 제13 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 87은 본 발명의 제13 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 88은 본 발명의 제13 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 89는 본 발명의 제13 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 90은 본 발명의 제13 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 91은 본 발명의 제13 실시 형태에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 92는 본 발명의 제14 실시 형태를 도시하는 회로도이다.
도 93은 본 발명의 제14 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 94는 본 발명의 제14 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 95는 본 발명의 제14 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 96은 본 발명의 제14 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 97은 본 발명의 제14 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 98은 본 발명의 제14 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 99는 본 발명의 제14 실시 형태에서의 제어 회로의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 100은 방전시의 셀 밸런스 제어의 예를 나타내는 도이다.
도 101은 방전시의 셀 밸런스 제어의 예를 나타내는 도이다.
도 102는 방전시의 셀 밸런스 제어의 예를 나타내는 도이다.
도 103은 방전시의 셀 밸런스 제어의 예를 나타내는 도이다.
도 104는 방전시의 셀 밸런스 제어의 예를 나타내는 도이다.
도 105는 방전시의 셀 밸런스 제어의 예를 나타내는 도이다.
도 106은 방전시의 셀 밸런스 제어의 예를 나타내는 도이다.
도 107은 방전시의 셀 밸런스 제어의 예를 나타내는 도이다.
도 108은 방전시의 셀 밸런스 제어의 예를 나타내는 도이다.
도 109는 종래의 직렬 셀의 밸런스 충전 회로를 도시하는 회로도이다.
도 110은 종래의 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 111은 종래의 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 112는 종래의 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 113은 종래의 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 참조하는 각 도면에서는, 다른 도면과 동등한 부분은 동일한 부호에 의해 나타내고 있으며, 동등한 부분에 관한 설명을 적절히 생략한다.

(제1 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 구성)

우선, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 구성을 설명한다. 도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태를 도시하는 회로도이다.

본 발명의 제1 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 코일(인덕터)(L1), 스위치(S1 내지 S6), 제어 회로(Control1), 셀(Cell1), 셀(Cell2)을 구비하고 있다. 셀(Cell1)과 셀(Cell2)은 직렬 접속되고, 출력 단자(102)에 직렬 단의 한쪽이 접속되고, 기준 전압 단자에 다른 쪽이 접속되어 있다. 그리고, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 접점에 스위치(S1)의 일단이, 입력 단자(101)에 스위치(S2)의 일단이, 기준 전압 단자에 스위치(S3)의 일단이, 출력 단자(102)에 스위치(S4)의 일단이, 기준 전압 단자에 스위치(S5)의 일단이, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 접점에 스위치(S6)의 일단이 각각 접속되어 있다. 또한, 스위치(S1 내지 S3)의 타단에 코일(L1)의 일단이 접속되고, 스위치(S4 내지 S6)의 타단에 타단이 접속되어 있다. 또한, 제어 회로(Control1)는, 스위치(S1 내지 S6)의 제어 단자에 접속되어, 온/오프를 제어한다. 제어 회로(Control1)는, 예를 들어 주지의 게이트 회로를 사용한 순서 회로, 각 셀에서의 전류 및 전압에 따른 펄스폭의 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 생성 회로에 의해 실현할 수 있다.

여기서, 스위치(S1 내지 S6)는, N 채널 MOS 트랜지스터, P 채널 MOS 트랜지스터, NPN형 바이폴라 트랜지스터, PNP형 바이폴라 트랜지스터 등의 반도체 소자로 실현할 수 있다.

스위치로서, N 채널 MOS 트랜지스터, P 채널 MOS 트랜지스터를 채용한 경우, 스위치의 일단이 소스 또는 드레인 중 어느 한쪽이 되고, 타단이 소스 또는 드레인 중 다른 쪽이 된다. 또한, 제어 단자는, 게이트가 된다.

스위치로서, NPN형 바이폴라 트랜지스터, PNP형 바이폴라 트랜지스터를 채용한 경우, 스위치의 일단이 이미터 또는 콜렉터 중 어느 한쪽이 되고, 타단이 이미터 또는 콜렉터 중 다른 쪽이 된다. 또한, 제어 단자는, 베이스가 된다.

스위치로서, N 채널 MOS 트랜지스터, NPN형 바이폴라 트랜지스터를 채용한 경우, 제어 단자를 고전압으로 하면 온으로 하고, 저전압으로 하면 오프로 한다.

스위치로서, P 채널 MOS 트랜지스터, PNP형 바이폴라 트랜지스터를 채용한 경우, 제어 단자를 저전압으로 하면 온으로 하고, 고전압으로 하면 오프로 한다.

제어 회로(Control1)는, 출력 전압(Vout)과, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 접점 전압(Vmid)과, 기준 전압(Vcom)을 입력하여, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 양단 전압을 구한다. 또한, 제어 회로(Control1)는, 전류 감시 회로(M1, M2)에 의해 셀(Cell1), 셀(Cell2) 각각에 흐르는 충전 전류를 감시하고, 감시한 전류값을 입력한다. 그리고, 제어 회로(Control1)는, 구한 양단 전압과 감시한 전류값에 기초하여, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 각각이 밸런스 충전되도록, 스위치(S1 내지 S6)의 온/오프의 시간을 제어한다.

전류 감시 회로(M1, M2)는, 감지 저항이나 커런트 미러 회로 등을 사용한 전류 센서로 실현할 수 있다.

(제1 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 동작)

이어서, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명한다. 도 2 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제1 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬 셀을 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위해서, 제어 회로(Control1)에 의해 제1 내지 제4 충전 기간이 설정된다.

우선, 제1 충전 기간에서, 제어 회로(Control1)는, 스위치(S2)와 스위치(S6)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 코일(L1)에 셀(Cell2)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 2의 파선 화살표로 나타낸다.

또한, 제1 충전 기간에서, 제어 회로(Control1)는, 도 3과 같이, 스위치(S2)와 스위치(S5)를 온으로 하도록 구성해도 된다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 코일(L1)에 셀(Cell2)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 3의 점선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제2 충전 기간에서, 제어 회로(Control1)는, 스위치(S2)를 오프로 하고, 스위치(S3)와 스위치(S6)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류를 셀(Cell2)에 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 4의 파선 화살표로 나타낸다.

또한, 제1 충전 기간에서 도 3과 같이 제어 회로(Control1)가, 스위치(S2)와 스위치(S5)를 온으로 하도록 구성한 경우, 제2 충전 기간에서, 제어 회로(Control1)는, 스위치(S2)와 스위치(S5)를 오프로 한다.

그 후, 제3 충전 기간에서, 제어 회로(Control1)는, 스위치(S3)와 스위치(S6)를 오프로 하고, 스위치(S2)와 스위치(S5)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 셀(Cell1)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 5의 파선 화살표로 나타낸다.

또한, 제4 충전 기간에서, 제어 회로(Control1)는, 스위치(S2)와 스위치(S5)를 오프로 하고, 스위치(S1)와 스위치(S4)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류를 셀(Cell1)에 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 6에 나타내었다.

여기서, 제어 회로(Control1)에 의한 제어 내용에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은, 도 1에서의 스위치(S1 내지 S6)에 대해, 제1 내지 제4 충전 기간(T1 내지 T4) 각각에 있어서 제어 회로(Control1)가 온으로 하는 것을 나타내고 있다. 즉, 스위치(S1 내지 S6) 중, 동 도면 중의 "ON"이라고 기재되어 있는 란에 대응하는 스위치를 제어 회로(Control1)에 의해 온 상태로 하고, 그 이외의 스위치는 오프 상태로 한다.

도 7과 같이, 제1 충전 기간(T1)에서는, 상술한 바와 같이, 스위치(S1 및 S6)를 온으로 한다. 이어서, 제2 충전 기간(T2)에서는, 스위치(S3 및 S6)를 온으로 한다. 또한, 제3 충전 기간(T3)에서는, 스위치(S2 및 S5)를 온으로 한다. 또한, 제4 충전 기간(T4)에서는, 스위치(S1 및 S4)를 온으로 한다.

제어 회로(Control1)는, 스위치(S1 내지 S6)에 대해서, 상기 제1 내지 제4 충전 기간(T1 내지 T4)과 같이 온으로 하는 제어를 반복해서 행하므로, 1개의 코일(L1)을 사용한 밸런스 충전 회로를 실현할 수 있다.

그런데, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 충전 기간에서, 스위치(S2)와 스위치(S5)를 온으로 하는 경우, 제어 회로(Control1)에 의한 제어 내용은 도 8과 같이 된다. 즉, 스위치(S1 내지 S6) 중, 동 도면에서의 "ON"이라고 기재되어 있는 란에 대응하는 스위치를 제어 회로(Control1)에 의해 온 상태로 하고, 그 이외의 스위치는 오프 상태로 한다.

도 8에서, 제1 충전 기간(T1)에서는, 상술한 바와 같이, 스위치(S2 및 S5)를 온으로 한다. 이어서, 제2 충전 기간(T2)에서는, 스위치(S3 및 S6)를 온으로 한다. 또한, 제3 충전 기간(T3)에서는, 스위치(S2 및 S5)를 온으로 한다. 또한, 제4 충전 기간(T4)에서는, 스위치(S1 및 S4)를 온으로 한다.

본 발명의 제1 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 상술한 바와 같이, 셀(Cell1) 및 셀(Cell2)을 충전하기 위해서, 전원으로부터 공급되는 전력을 일시적으로 축적하는 단일한 코일이 셀(Cell1)과 셀(Cell2)에 공통으로 설치되어 있다. 그리고, 제1 충전 기간 및 제2 충전 기간에서 셀(Cell2)의 충전을 행하고, 제3 및 제4 충전 기간에서 셀(Cell1)의 충전을 행한다. 즉, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)을 독립적으로 충전할 수 있으므로, 셀(Cell1)의 용량값과 셀(Cell2)의 용량값의 편차에 따라, 제1 내지 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 설정함으로써, 직렬 셀에 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지할 수 있다.

예를 들어, 셀(Cell1)의 용량값이 셀(Cell2)의 용량값보다 큰 경우, 제1 및 제2 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간보다, 제3 및 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 길게 설정하면 된다. 한편, 셀(Cell1)의 용량값이 셀(Cell2)의 용량값보다 작은 경우, 제1 및 제2 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간보다, 제3 및 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 짧게 설정하면 된다. 그리고, 제어 회로(Control1)에 의해, 제1 내지 제4 충전 기간을 순서대로 반복 설정함으로써, 직렬 셀에 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하여, 출력 단자(102)로부터 출력 전압(Vout)을 얻을 수 있다.

본 발명의 제1 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 상술한 구성 및 동작에 의해, 직렬 셀에 전하를 충전하기 위한 코일과, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위한 코일을 공유화, 즉, 코일 1개로 실현할 수 있으므로, 회로 전체가 소형이라는 효과를 발휘한다.

또한, 직렬 셀의 각 셀은, 제1 내지 제4 충전 기간 중 어느 기간에서도 방전되는 경우가 없으므로, 충전 횟수가 한정되어 있는 직렬 셀에 대하여, 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지할 수 있는 효과도 발휘한다.

(제2 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 구성)

이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 구성을 설명한다. 도 9는, 본 발명의 제2 실시 형태를 도시하는 회로도이다.

본 발명의 제2 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 코일(L1), 스위치(S1 내지 S5), 제어 회로(Control2), 셀(Cell1), 셀(Cell2)을 구비하고 있고, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)은 직렬 접속되고, 출력 단자(202)에 직렬 단의 한쪽이 접속되고, 기준 전압 단자에 다른 쪽이 접속되어 있다. 그리고, 출력 단자(202)에 스위치(S1)의 일단이, 입력 단자(201)에 스위치(S2)의 일단이, 기준 전압 단자에 스위치(S3)의 일단이, 입력 단자(201)에 스위치(S4)의 일단이, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 접점에 스위치(S5)의 일단이 각각 접속되어 있다. 또한, 스위치(S1 내지 S3)의 타단에 코일(L1)의 일단이 접속되고, 스위치(S4 내지 S5)의 타단에 타단이 접속되어 있다. 또한, 제어 회로(Control2)는, 스위치(S1 내지 S5)의 제어 단자에 접속되어, 온/오프를 제어한다. 제어 회로(Control2)는, 예를 들어 주지의 게이트 회로를 사용한 순서 회로, 각 셀에서의 전류 및 전압에 따른 펄스폭의 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 생성 회로에 의해 실현할 수 있다.

본 발명의 제1 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로와 마찬가지로, 스위치(S1 내지 S5)는, N 채널 MOS 트랜지스터, P 채널 MOS 트랜지스터, NPN형 바이폴라 트랜지스터, PNP형 바이폴라 트랜지스터 등의 반도체 소자로 실현할 수 있다.

스위치로서, N 채널 MOS 트랜지스터, P 채널 MOS 트랜지스터를 채용한 경우, 스위치의 일단이 소스 또는 드레인 중 어느 한쪽이 되고, 타단이 소스 또는 드레인 중 다른 쪽이 된다. 또한, 제어 단자는, 게이트가 된다.

스위치로서, NPN형 바이폴라 트랜지스터, PNP형 바이폴라 트랜지스터를 채용한 경우, 스위치의 일단이 이미터 또는 콜렉터 중 어느 한쪽이 되고, 타단이 이미터 또는 콜렉터 중 다른 쪽이 된다. 또한, 제어 단자는, 베이스가 된다.

스위치로서, N 채널 MOS 트랜지스터, NPN형 바이폴라 트랜지스터를 채용한 경우, 제어 단자를 고전압으로 하면 온으로 하고, 저전압으로 하면 오프로 한다.

스위치로서, P 채널 MOS 트랜지스터, PNP형 바이폴라 트랜지스터를 채용한 경우, 제어 단자를 저전압으로 하면 온으로 하고, 고전압으로 하면 오프로 한다.

제어 회로(Control2)는, 출력 전압(Vout)과, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 접점 전압(Vmid)과, 기준 전압(Vcom)을 입력하여, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 양단 전압을 구한다. 또한, 제어 회로(Control2)는, 전류 감시 회로(M1, M2)에 의해 셀(Cell1), 셀(Cell2)의 각각에 흐르는 충전 전류를 감시하고, 감시한 전류값을 입력한다. 그리고, 제어 회로(Control2)는, 구한 양단 전압과 감시한 전류값에 기초하여, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 각각이 밸런스 충전되도록, 스위치(S1 내지 S5)의 온/오프의 시간을 제어한다.

전류 감시 회로(M1, M2)는, 감지 저항이나 커런트 미러 회로 등을 사용한 전류 센서로 실현할 수 있다.

(제2 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 동작)

이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명한다. 도 10 내지 도 13은 본 발명의 제2 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제2 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬 셀을 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위해서, 제어 회로(Control2)에 의해 제1 내지 제4 충전 기간이 설정된다.

우선, 제1 충전 기간에서, 제어 회로(Control2)는, 스위치(S2)와 스위치(S5)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(201)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 코일(L1)에 셀(Cell2)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 10의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제2 충전 기간에서, 제어 회로(Control2)는, 스위치(S2)를 오프로 하고, 스위치(S3)와 스위치(S5)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류를 셀(Cell2)에 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 11의 파선 화살표로 나타낸다.

그 후, 제3 충전 기간에서, 제어 회로(Control2)는, 스위치(S3)와 스위치(S5)를 오프로 하고, 스위치(S3)와 스위치(S4)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 셀(Cell1)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 12의 파선 화살표로 나타낸다.

또한, 제4 충전 기간에서, 제어 회로(Control2)는, 스위치(S3)와 스위치(S4)를 오프로 하고, 스위치(S1)와 스위치(S5)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류를 셀(Cell1)에 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 13에 나타내었다.

여기서, 제어 회로(Control2)에 의한 제어 내용에 대하여 도 14를 참조하여 설명한다. 동 도면은, 도 9에서의 스위치(S1 내지 S5)에 대해서, 제1 내지 제4 충전 기간(T1 내지 T4) 각각에 있어서 제어 회로(Control2)가 온으로 하는 것을 나타내고 있다. 즉, 스위치(S1 내지 S5) 중, 동 도면 중의 "ON"이라고 기재되어 있는 란에 대응하는 스위치를 제어 회로(Control2)에 의해 온 상태로 하고, 그 이외의 스위치는 오프 상태로 한다.

도 14와 같이, 제1 충전 기간(T1)에서는, 상술한 바와 같이, 스위치(S2 및 S5)를 온으로 한다. 이어서, 제2 충전 기간(T2)에서는, 스위치(S3 및 S5)를 온으로 한다. 또한, 제3 충전 기간(T3)에서는, 스위치(S3 및 S4)를 온으로 한다. 또한, 제4 충전 기간(T4)에서는, 스위치(S1 및 S5)를 온으로 한다.

제어 회로(Control2)는, 스위치(S1 내지 S5)에 대해서, 상기 제1 내지 제4 충전 기간(T1 내지 T4)과 같이 온으로 하는 제어를 반복해서 행하므로, 1개의 코일(L1)을 사용한 밸런스 충전 회로를 실현할 수 있다.

본 발명의 제2 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 상술한 바와 같이, 셀(Cell1) 및 셀(Cell2)을 충전하기 위해서, 전원으로부터 공급되는 전력을 일시적으로 축적하는 단일한 코일이 셀(Cell1)과 셀(Cell2)에 공통으로 설치되어 있다. 그리고, 제1 충전 기간 및 제2 충전 기간에서 셀(Cell2)의 충전을 행하고, 제3 및 제4 충전 기간에서 셀(Cell1)의 충전을 행한다. 즉, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)을 독립적으로 충전할 수 있으므로, 셀(Cell1)의 용량값과 셀(Cell2)의 용량값의 편차에 따라, 제1 내지 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 설정함으로써, 직렬 셀에 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지할 수 있다.

예를 들어, 셀(Cell1)의 용량값이 셀(Cell2)의 용량값보다 큰 경우, 제1 및 제2 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간보다, 제3 및 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 길게 설정하면 된다. 한편, 셀(Cell1)의 용량값이 셀(Cell2)의 용량값보다 작은 경우, 제1 및 제2 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간보다, 제3 및 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 짧게 설정하면 된다. 그리고, 제어 회로(Control2)에 의해, 제1 내지 제4 충전 기간을 순서대로 반복 설정함으로써, 직렬 셀에 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하여, 출력 단자(202)로부터 출력 전압(Vout)을 얻을 수 있다. 또한, 제2 및 제4 충전 기간 종료시에 코일(L1)의 충전 전류가 0이 되도록, 제2 및 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 설정하면, 제1 및 제3 충전 기간의 개시시에 제2 및 제4 충전 기간 종료시에서의 코일(L1)의 잔류 전류를 상쇄하는 시간을 삭제할 수 있다. 또한, 제1 및 제3 충전 기간의 전류 경로에서의 각 소자의 기생 저항에, 전원측으로의 회생 전류가 흐름으로써 발생하는 전력 손실을 방지할 수도 있다.

본 발명의 제2 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 상술한 구성 및 동작에 의해, 직렬 셀에 전하를 충전하기 위한 코일과, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위한 코일을 공유화, 즉, 코일 1개로 실현할 수 있으므로, 회로 전체가 소형이라는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로보다 스위치의 수가 1개 적으므로, 회로 전체를 더욱 소형으로 할 수 있다는 효과를 발휘한다.

또한, 직렬 셀의 각 셀은, 제1 내지 제4 충전 기간 중 어느 기간에서도 방전되는 경우가 없으므로, 충전 횟수가 한정되어 있는 직렬 셀에 대하여, 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지할 수 있다는 효과도 발휘한다.

(제3 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 구성)

이어서, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 구성을 설명한다. 도 15는, 본 발명의 제3 실시 형태를 도시하는 회로도이다.

본 발명의 제3 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 코일(L1), 스위치(S1 내지 S3), 제어 회로(Control3), 셀(Cell1), 셀(Cell2)을 구비하고 있고, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)은 직렬 접속되고, 출력 단자(302)에 직렬 단의 한쪽이 접속되고, 기준 전압 단자에 다른 쪽이 접속되어 있다. 그리고, 출력 단자(302)에 스위치(S1)의 일단이, 입력 단자(301)에 스위치(S2)의 일단이, 기준 전압 단자에 스위치(S3)의 일단이 각각 접속되어 있다. 또한, 스위치(S1 내지 S3)의 타단에 코일(L1)의 일단이 접속되고, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 접점에 타단이 접속되어 있다. 또한, 제어 회로(Control3)는, 스위치(S1 내지 S3)의 제어 단자에 접속되어, 온/오프를 제어한다. 제어 회로(Control3)는, 예를 들어 주지의 게이트 회로를 사용한 순서 회로, 각 셀에서의 전류 및 전압에 따른 펄스폭의 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 생성 회로에 의해 실현할 수 있다.

본 발명의 제1 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로와 마찬가지로, 스위치(S1 내지 S3)는, N 채널 MOS 트랜지스터, P 채널 MOS 트랜지스터, NPN형 바이폴라 트랜지스터, PNP형 바이폴라 트랜지스터 등의 반도체 소자로 실현할 수 있다.

스위치로서, N 채널 MOS 트랜지스터, P 채널 MOS 트랜지스터를 채용한 경우, 스위치의 일단이 소스 또는 드레인 중 어느 한쪽이 되고, 타단이 소스 또는 드레인 중 다른 쪽이 된다. 또한, 제어 단자는, 게이트가 된다.

스위치로서, NPN형 바이폴라 트랜지스터, PNP형 바이폴라 트랜지스터를 채용한 경우, 스위치의 일단이 이미터 또는 콜렉터 중 어느 한쪽이 되고, 타단이 이미터 또는 콜렉터 중 다른 쪽이 된다. 또한, 제어 단자는, 베이스가 된다.

스위치로서, N 채널 MOS 트랜지스터, NPN형 바이폴라 트랜지스터를 채용한 경우, 제어 단자를 고전압으로 하면 온으로 하고, 저전압으로 하면 오프로 한다.

스위치로서, P 채널 MOS 트랜지스터, PNP형 바이폴라 트랜지스터를 채용한 경우, 제어 단자를 저전압으로 하면 온으로 하고, 고전압으로 하면 오프로 한다.

제어 회로(Control3)는, 출력 전압(Vout)과, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 접점 전압(Vmid)과, 기준 전압(Vcom)을 입력하여, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 양단 전압을 구한다. 또한, 제어 회로(Control3)는, 전류 감시 회로(M1, M2)에 의해 셀(Cell1), 셀(Cell2)의 각각에 흐르는 충전 전류를 감시하고, 감시한 전류값을 입력한다. 그리고, 제어 회로(Control3)는, 구한 양단 전압과 감시한 전류값에 기초하여, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 각각이 밸런스 충전되도록, 스위치(S1 내지 S3)의 온/오프의 시간을 제어한다.

전류 감시 회로(M1, M2)는, 감지 저항이나 커런트 미러 회로 등을 사용한 전류 센서로 실현할 수 있다.

(제3 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 동작)

이어서, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명한다. 도 16 내지 도 19는 본 발명의 제3 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제3 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬 셀을 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위해서, 제어 회로(Control3)에 의해 제1 내지 제4 충전 기간이 설정된다.

우선, 제1 충전 기간에서, 제어 회로(Control3)는, 스위치(S2)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(301)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 코일(L1)에 셀(Cell2)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 16의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제2 충전 기간에서, 제어 회로(Control3)는, 스위치(S2)를 오프로 하고, 스위치(S3)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류를 셀(Cell2)에 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 17의 파선 화살표로 나타낸다.

그 후, 제3 충전 기간에서, 제어 회로(Control3)는, 스위치(S3)를 온으로 한다. 그리고, 셀(Cell2)로부터 코일(L1)에 셀(Cell1)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 18의 파선 화살표로 나타낸다.

또한, 제4 충전 기간에서, 제어 회로(Control3)는, 스위치(S3)를 오프로 하고, 스위치(S1)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류를 셀(Cell1)에 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 19에 나타내었다.

여기서, 제어 회로(Control3)에 의한 제어 내용에 대하여 도 20을 참조하여 설명한다. 동 도면은, 도 15에서의 스위치(S1 내지 S3)에 대해, 제1 내지 제4 충전 기간(T1 내지 T4) 각각에 있어서 제어 회로(Control3)가 온으로 하는 것을 나타내고 있다. 즉, 스위치(S1 내지 S3) 중, 동 도면 중의 "ON"이라고 기재되어 있는 란에 대응하는 스위치를 제어 회로(Control3)에 의해 온 상태로 하고, 그 이외의 스위치는 오프 상태로 한다.

도 20과 같이, 제1 충전 기간(T1)에서는, 상술한 바와 같이, 스위치(S2)를 온으로 한다. 이어서, 제2 충전 기간(T2)에서는 스위치(S3)를 온으로 한다. 또한, 제3 충전 기간(T3)에서는 스위치(S3)를 온으로 한다. 또한, 제4 충전 기간(T4)에서는 스위치(S1)를 온으로 한다.

제어 회로(Control3)는, 스위치(S1 내지 S3)에 대해서, 상기 제1 내지 제4 충전 기간(T1 내지 T4)과 같이 온으로 하는 제어를 반복해서 행하므로, 1개의 코일(L1)을 사용한 밸런스 충전 회로를 실현할 수 있다.

본 발명의 제3 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 상술한 바와 같이, 셀(Cell1) 및 셀(Cell2)을 충전하기 위해서, 전원으로부터 공급되는 전력을 일시적으로 축적하는 단일한 코일이 셀(Cell1)과 셀(Cell2)에 공통으로 설치되어 있다. 그리고, 제1 충전 기간 및 제2 충전 기간에서 셀(Cell2)의 충전을 행하고, 제3 및 제4 충전 기간에서 셀(Cell1)의 충전을 행한다. 즉, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)을 독립적으로 충전할 수 있으므로, 셀(Cell1)의 용량값과 셀(Cell2)의 용량값의 편차에 따라, 제1 내지 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 설정함으로써, 직렬 셀에 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지할 수 있다.

예를 들어, 셀(Cell1)의 용량값이 셀(Cell2)의 용량값보다 큰 경우, 제1 및 제2 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간보다, 제3 및 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 길게 설정하면 된다. 한편, 셀(Cell1)의 용량값이 셀(Cell2)의 용량값보다 작은 경우, 제1 및 제2 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간보다, 제3 및 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 짧게 설정하면 된다. 그리고, 제어 회로(Control3)에 의해, 제1 내지 제4 충전 기간을 순서대로 반복 설정함으로써, 직렬 셀에 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하여, 출력 단자(302)로부터 출력 전압(Vout)을 얻을 수 있다. 또한, 제2 및 제4 충전 기간 종료시에 코일(L1)의 충전 전류가 0이 되도록, 제2 및 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 설정하면, 제1 및 제3 충전 기간의 개시시에 제2 및 제4 충전 기간 종료시에서의 코일(L1)의 잔류 전류를 상쇄하는 시간을 삭제할 수 있다. 또한, 제1 및 제3 충전 기간의 전류 경로에서의 각 소자의 기생 저항에, 전원측으로의 회생 전류가 흐름으로써 발생하는 전력 손실을 방지할 수도 있다.

본 발명의 제3 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 상술한 구성 및 동작에 의해, 직렬 셀에 전하를 충전하기 위한 코일과, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위한 코일을 공유화, 즉, 코일 1개로 실현할 수 있으므로, 회로 전체가 소형이라는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로보다 스위치의 수가 2개 적으므로, 회로 전체를 더욱 소형으로 할 수 있다는 효과를 발휘한다.

(제4 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 구성)

이어서, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 구성을 설명한다. 도 21은, 본 발명의 제4 실시 형태를 도시하는 회로도이다.

본 발명의 제4 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 코일(L1), 스위치(S1 내지 S3), 제어 회로(Control4), 용량(C1), 다이오드(D1), 셀(Cell1), 셀(Cell2)을 구비하고 있고, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)은 직렬 접속되고, 출력 단자(402)에 직렬 단의 한쪽이 접속되고, 기준 전압 단자에 다른 쪽이 접속되어 있다. 그리고, 출력 단자(402)에 스위치(S1)의 일단이, 입력 단자(401)에 스위치(S2)의 일단이, 기준 전압 단자에 스위치(S3)의 일단이 각각 접속되어 있다. 또한, 기준 전압 단자에 용량(C1)의 일단이, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 접점에 다이오드(D1)의 캐소드가 각각 접속되어 있다. 스위치(S1 내지 S3)의 타단에 코일(L1)의 일단이, 용량(C1)의 타단과 다이오드(D1)의 애노드에 타단이 접속되어 있다. 또한, 제어 회로(Control4)는, 스위치(S1 내지 S3)의 제어 단자에 접속되어, 온/오프를 제어한다. 제어 회로(Control4)는, 예를 들어 주지의 게이트 회로를 사용한 순서 회로, 각 셀에서의 전류 및 전압에 따른 펄스폭의 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 생성 회로에 의해 실현할 수 있다.

본 발명의 제1 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로와 마찬가지로, 스위치(S1 내지 S3)는, N 채널 MOS 트랜지스터, P 채널 MOS 트랜지스터, NPN형 바이폴라 트랜지스터, PNP형 바이폴라 트랜지스터 등의 반도체 소자로 실현할 수 있다.

스위치로서, N 채널 MOS 트랜지스터, P 채널 MOS 트랜지스터를 채용한 경우, 스위치의 일단이 소스 또는 드레인 중 어느 한쪽이 되고, 타단이 소스 또는 드레인 중 다른 쪽이 된다. 또한, 제어 단자는, 게이트가 된다.

스위치로서, NPN형 바이폴라 트랜지스터, PNP형 바이폴라 트랜지스터를 채용한 경우, 스위치의 일단이 이미터 또는 콜렉터 중 어느 한쪽이 되고, 타단이 이미터 또는 콜렉터 중 다른 쪽이 된다. 또한, 제어 단자는, 베이스가 된다.

스위치로서, N 채널 MOS 트랜지스터, NPN형 바이폴라 트랜지스터를 채용한 경우, 제어 단자를 고전압으로 하면 온으로 하고, 저전압으로 하면 오프로 한다.

스위치로서, P 채널 MOS 트랜지스터, PNP형 바이폴라 트랜지스터를 채용한 경우, 제어 단자를 저전압으로 하면 온으로 하고, 고전압으로 하면 오프로 한다.

제어 회로(Control4)는, 출력 전압(Vout)과, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 접점 전압(Vmid)과, 기준 전압(Vcom)을 입력하여, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 양단 전압을 구한다. 또한, 제어 회로(Control4)는, 전류 감시 회로(M1, M2)에 의해 셀(Cell1), 셀(Cell2)의 각각에 흐르는 충전 전류를 감시하고, 감시한 전류값을 입력한다. 그리고, 제어 회로(Control4)는, 구한 양단 전압과 감시한 전류값에 기초하여, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)의 각각이 밸런스 충전되도록, 스위치(S1 내지 S3)의 온/오프의 시간을 제어한다.

전류 감시 회로(M1, M2)는, 감지 저항이나 커런트 미러 회로 등을 사용한 전류 센서로 실현할 수 있다.

또한, 다이오드(D1)는, PN 접합 다이오드, 쇼트키 배리어 다이오드 등으로 실현할 수 있다.

(제4 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 동작)

이어서, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명한다. 도 22 내지 도 25는 본 발명의 제4 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제4 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬 셀을 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위해서, 제어 회로(Control4)에 의해 제1 내지 제4 충전 기간이 설정된다.

우선, 제1 충전 기간에서, 제어 회로(Control4)는 스위치(S2)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(401)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 코일(L1)에 용량(C1)과 셀(Cell2)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 22의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제2 충전 기간에서, 제어 회로(Control4)는, 스위치(S2)를 오프로 하고, 스위치(S3)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류를 용량(C1)과 셀(Cell2)에 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 23의 파선 화살표로 나타낸다.

그 후, 제3 충전 기간에서, 제어 회로(Control4)는 스위치(S3)를 온으로 한다. 그리고, 용량(C1)으로부터 코일(L1)에 셀(Cell1)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 축적한다. 이때, 다이오드(D1)의 역류 방지 기능에 의해, 셀(Cell2)의 전하가 코일(L1)측으로는 흐르지 않고 유지된다. 충전 전류의 경로를 도 24의 파선 화살표로 나타낸다.

또한, 제4 충전 기간에서, 제어 회로(Control4)는, 스위치(S3)를 오프로 하고, 스위치(S1)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류를 셀(Cell1)에 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 25에 나타내었다.

여기서, 제어 회로(Control4)에 의한 제어 내용에 대하여 도 26을 참조하여 설명한다. 동 도면은, 도 21에서의 스위치(S1 내지 S3)에 대해서, 제1 내지 제4 충전 기간(T1 내지 T4) 각각에 있어서 제어 회로(Control4)가 온으로 하는 것을 나타내고 있다. 즉, 스위치(S1 내지 S3) 중, 동 도면 중의 "ON"이라고 기재되어 있는 란에 대응하는 스위치를 제어 회로(Control4)에 의해 온 상태로 하고, 그 이외의 스위치는 오프 상태로 한다.

도 26과 같이, 제1 충전 기간(T1)에서는, 상술한 바와 같이, 스위치(S2)를 온으로 한다. 이어서, 제2 충전 기간(T2)에서는 스위치(S3)를 온으로 한다. 또한, 제3 충전 기간(T3)에서는 스위치(S3)를 온으로 한다. 또한, 제4 충전 기간(T4)에서는 스위치(S1)를 온으로 한다.

제어 회로(Control4)는, 스위치(S1 내지 S3)에 대해서, 상기 제1 내지 제4 충전 기간(T1 내지 T4)과 같이 온으로 하는 제어를 반복해서 행하므로, 1개의 코일(L1)을 사용한 밸런스 충전 회로를 실현할 수 있다.

본 발명의 제4 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 상술한 바와 같이, 셀(Cell1) 및 셀(Cell2)을 충전하기 위해서, 전원으로부터 공급되는 전력을 일시적으로 축적하는 단일한 코일이 셀(Cell1)과 셀(Cell2)에 공통으로 설치되어 있다. 그리고, 제1 충전 기간 및 제2 충전 기간에서 셀(Cell2)의 충전을 행하고, 제3 및 제4 충전 기간에서 셀(Cell1)의 충전을 행한다. 즉, 셀(Cell1)과 셀(Cell2)을 독립적으로 충전할 수 있으므로, 셀(Cell1)의 용량값과 셀(Cell2)의 용량값의 편차에 따라, 제1 내지 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 설정함으로써, 직렬 셀에 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지할 수 있다.

예를 들어, 셀(Cell1)의 용량값이 셀(Cell2)의 용량값보다 큰 경우, 제1 및 제2 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간보다, 제3 및 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 길게 설정하면 된다. 한편, 셀(Cell1)의 용량값이 셀(Cell2)의 용량값보다 작은 경우, 제1 및 제2 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간보다, 제3 및 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 짧게 설정하면 된다. 그리고, 제어 회로(Control4)에 의해, 제1 내지 제4 충전 기간을 순서대로 반복 설정함으로써, 직렬 셀에 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하여, 출력 단자(402)로부터 출력 전압(Vout)을 얻을 수 있다. 또한, 제2 및 제4 충전 기간 종료시에 코일(L1)의 충전 전류가 0이 되도록, 제2 및 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 설정하면, 제1 및 제3 충전 기간의 개시시에 제2 및 제4 충전 기간 종료시에서의 코일(L1)의 잔류 전류를 상쇄하는 시간을 삭제할 수 있다. 또한, 제1 및 제3 충전 기간의 전류 경로에서의 각 소자의 기생 저항에, 전원측으로의 회생 전류가 흐름으로써 발생하는 전력 손실을 방지할 수도 있다.

본 발명의 제4 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 상술한 구성 및 동작에 의해, 직렬 셀에 전하를 충전하기 위한 코일과, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위한 코일을 공유화, 즉, 코일 1개로 실현할 수 있으므로, 회로 전체가 소형이라는 효과를 발휘한다.

또한, 직렬 셀의 각 셀은, 제1 내지 제4 충전 기간 중 어느 기간에서도 방전되는 경우가 없으므로, 충전 횟수가 한정되어 있는 직렬 셀에 대하여, 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지할 수 있다는 효과도 발휘한다.

(셀이 3개 이상인 경우)

그런데, 상기에서는 직렬되어 있는 축전 셀의 수(N)가 "2"인 경우에 대하여 설명했지만, 축전 셀의 수(N)는 "3" 이상의 정수이어도 된다.

이하, 축전 셀의 수(N)가 3 이상(N≥3)인 경우에 대하여 설명한다. 이하의 각 도면을 참조하여 행하는 설명에서, 도면 작성의 사정상, 제어 회로 및 전류 감시 회로에 대해서는 도시를 생략하고 있다. 즉, 이하의 설명에서 참조하는 각 도면에서, 상기의 경우와 마찬가지로, 도시하지 않은 제어 회로는, 도면 중의 하방에 설치되어 있다. 또한, 이하의 설명에서 참조하는 각 도면에서, 상기의 경우와 마찬가지로, 도시하지 않은 전류 감시 회로는, 각 축전 셀끼리의 사이에 설치되어 있다.

그리고, 도시하지 않은 제어 회로는, 출력 전압(Vout)과, 인접하는 셀간의 접점 전압(Vmid1 내지 VmidN-1)과, 기준 전압(Vcom)을 입력하여, 양쪽 셀간의 양단 전압을 구한다. 또한, 이 도시하지 않은 제어 회로는, 도시하지 않은 전류 감시 회로에 의해 셀 각각에 흐르는 충전 전류를 감시하고, 감시한 전류값을 입력한다. 그리고, 이 도시하지 않은 제어 회로는, 구한 양단 전압과 감시한 전류값에 기초하여, 그 셀 각각이 밸런스 충전되도록, 각 스위치의 온/오프의 시간을 제어한다. 도시하지 않은 전류 감시 회로는, 감지 저항이나 커런트 미러 회로 등을 사용한 전류 센서로 실현할 수 있다.

이후의 각 실시 형태에 따른 설명에서 사용하는 각 스위치는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로와 마찬가지로, N 채널 MOS 트랜지스터, P 채널 MOS 트랜지스터, NPN형 바이폴라 트랜지스터, PNP형 바이폴라 트랜지스터 등의 반도체 소자로 실현할 수 있다.

스위치로서, N 채널 MOS 트랜지스터, P 채널 MOS 트랜지스터를 채용한 경우, 스위치의 일단이 소스 또는 드레인 중 어느 한쪽이 되고, 타단이 소스 또는 드레인 중 다른 쪽이 된다. 또한, 제어 단자는, 게이트가 된다.

스위치로서, NPN형 바이폴라 트랜지스터, PNP형 바이폴라 트랜지스터를 채용한 경우, 스위치의 일단이 이미터 또는 콜렉터 중 어느 한쪽이 되고, 타단이 이미터 또는 콜렉터 중 다른 쪽이 된다. 또한, 제어 단자는, 베이스가 된다.

스위치로서, N 채널 MOS 트랜지스터, NPN형 바이폴라 트랜지스터를 채용한 경우, 제어 단자를 고전압으로 하면 온으로 하고, 저전압으로 하면 오프로 한다.

스위치로서, P 채널 MOS 트랜지스터, PNP형 바이폴라 트랜지스터를 채용한 경우, 제어 단자를 저전압으로 하면 온으로 하고, 고전압으로 하면 오프로 한다.

도시하지 않은 제어 회로는, 코일(L1)의 양단에 연결되는 임의의 스위치 쌍을 온으로 하여, 코일(L1)에 전류를 충전하고, 그 후, 그 스위치와는 다른, 코일(L1)의 양단과 축전 셀에 연결되는 스위치 쌍을 온으로 하여, 코일(L1)의 전류에 의해 축전 셀을 충전한다. 또한, 도시하지 않은 제어 회로는, 도시하지 않은 전류 감시 회로에 의해 각 축전 셀의 전압을 감시하고, 각각의 축전 셀의 전압이 동등해지도록 스위치 쌍의 온/오프 시간을 제어한다.

(제5 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 구성)

도 27은, 단일한 코일(L1)을 사용하여, 직렬로 접속된 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)을 충전하는 밸런스 충전 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다. 도 27에서, 밸런스 충전 회로는, 단일한 코일(L1)과, 충전 전압이 입력되는 입력 단자(101)와 기준 전압 단자의 사이에 코일(L1)을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW1)과, 축전 셀(Cell1 내지 CellN) 각각의 양단과 코일(L1)의 양단을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW2)을 구비하고 있다.

스위치 군(SW1)은, 스위치(Sa1) 및 스위치(Sa2)와, 스위치(Sb1) 및 스위치(Sb2)를 구비하고 있다. 스위치(Sa1) 및 스위치(Sa2)는, 일단이 각각 입력 단자(101)에 접속되고, 타단이 각각 코일(L1)의 일단과 타단에 접속되어 있다. 스위치(Sb1) 및 스위치(Sb2)는, 일단이 각각 기준 전압 단자에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 타단과 일단에 접속되어 있다.

스위치 군(SW2)은, 스위치(Sc1 내지 ScN+1)와, 스위치(Sd1 내지 SdN+1)를 구비하고 있다. 스위치(Sc1 내지 ScN+1)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)의 접속점 및 출력 단자(102) 및 기준 전압 단자에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다. 스위치(Sd1 내지 SdN+1)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)의 접속점 및 출력 단자(102) 및 기준 전압 단자에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 타단에 접속되어 있다.

(제5 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 동작)

이어서, 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명한다. 본 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 코일(L1)의 양단에 연결되는 임의의 스위치 쌍을 온으로 하여, 코일(L1)에 전류를 충전하고, 그 후, 상기 스위치 쌍과는 다른, 코일(L1)의 양단과 축전 셀에 연결되는 스위치 쌍을 온으로 하여, 코일(L1)의 전류를 축전 셀에 충전하는 충방전 회로이며, 각 축전 셀의 전압을 감시하고, 각각의 축전 셀의 전압이 동등해지도록 스위치 쌍의 온 시간을 제어한다.

도 28 내지 도 32는 본 발명의 제5 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제5 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬된 축전 셀을 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위해서, 도시하지 않은 제어 회로에 의해 제1 내지 제N의 충전 기간이 설정된다. 제1 내지 제N의 충전 기간 각각의 전반은 코일 충전 기간이다(이하의 각 실시 형태에서도 마찬가지임). 제1 내지 제N의 충전 기간 각각의 후반은, 축전 셀 충전 기간이다(이하의 각 실시 형태에서도 마찬가지임).

우선, 제1 충전 기간의 전반에서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 셀(Cell1)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 28의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제1 충전 기간의 후반에서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 오프로 하고, 스위치(Sc1 및 Sd2)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 29의 파선 화살표로 나타낸다.

그 후, 제2 충전 기간의 전반에서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sc1 및 Sd2)를 오프로 하고, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 셀(Cell2)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 이 상태는 도 28의 상태와 동일하고, 충전 전류의 경로를 도 28의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제2 충전 기간의 후반에서, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 오프로 하고, 스위치(Sc2 및 Sd3)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 셀(Cell2)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 30의 파선 화살표로 나타낸다.

이하, 마찬가지의 동작을 반복하여, 각 충전 기간의 전반에서 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 하여, 축전 셀에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 그리고, 각 충전 기간의 후반에서 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온으로 함으로써, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 그 셀을 충전한다. 따라서, 셀(CellN)을 충전하는 상태에서는, 스위치(ScN 및 SdN+1)를 온으로 한다. 이 상태의 충전 전류의 경로를 도 31의 파선 화살표로 나타낸다.

여기서, 도시하지 않은 제어 회로에 의한 제어 내용에 대해 도 32를 참조하여 설명한다. 도 32는, 도 27에서의 각 스위치에 대해, 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN) 각각에 있어서 도시하지 않은 제어 회로가 온으로 하는 것을 나타내고 있다. 즉, 각 스위치 중, 동 도면 중의 "ON"이라고 기재되어 있는 란에 대응하는 스위치를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온 상태로 하고, 그 이외의 스위치는 오프 상태로 한다.

도 32와 같이, 각 충전 기간(T1 내지 TN)의 전반에서는, 상술한 바와 같이, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 한다. 그리고, 각 충전 기간(T1 내지 TN)의 후반에서는, 상술한 바와 같이, 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온으로 한다. 이와 같이, 도시하지 않은 제어 회로는, 각 스위치에 대해서, 상기 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN)과 같이 온으로 하는 제어를 반복해서 행하므로, 1개의 코일(L1)을 사용한 밸런스 충전 회로를 실현할 수 있다.

(제6 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 구성)

도 33은, 단일한 코일(L1)을 사용하여, 직렬로 접속된 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)을 충전하는 밸런스 충전 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다. 도 33에서, 밸런스 충전 회로는, 단일한 코일(L1)과, 충전 전압이 입력되는 입력 단자(101)와 기준 전압 단자의 사이에 코일(L1)을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW1)과, 축전 셀(Cell1 내지 CellN) 각각의 양단과 코일(L1)의 양단을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW2)을 구비하고 있다. 이 도 33의 밸런스 충전 회로의 구성은, 상기 도 1 및 도 8의 구성에서, 셀의 수가 N개일 경우의 밸런스 충전 회로의 구성이다.

스위치 군(SW1)은, 스위치(Sa1) 및 스위치(Sb1)를 구비하고 있다. 스위치(Sa1)는, 일단이 입력 단자(101)에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다. 스위치(Sb1)는, 일단이 기준 전압 단자에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 타단에 접속되어 있다.

스위치 군(SW2)은, 스위치(Sc1 내지 ScN)와, 스위치(Sd2 내지 SdN+1)를 구비하고 있다. 스위치(Sc1 내지 ScN)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)의 접속점 및 기준 전압 단자에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다. 스위치(Sd2 내지 SdN+1)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)의 접속점 및 출력 단자(102)에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 타단에 접속되어 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로는, 축전 셀의 수의 2배의 수에 "2"를 더한 수의 스위치를 구비하고 있다. 즉, 축전 셀의 수의 2배의 수에 "2"를 더한 수의 스위치는, 각각의 축전 셀의 양단과 코일(L1)을 접속하는 2N개의 스위치로 이루어지는 스위치 군(SW2), 및 입력 단자와 기준 전압 단자의 사이에 코일(L1)의 양단을 접속하는 스위치 쌍으로 이루어지는 스위치 군(SW1)이다.

도시하지 않은 제어 회로의 충전 기간은, 코일의 일단과 충전 전원 입력 단자(Vin)를 접속하는 스위치(Sa1)와, 코일의 타단과 기준 전압 단자(Vcom)를 접속하는 스위치(Sb1)가 온이 되는 기간(TJa)(J=1 내지 N)과, J번째의 축전 셀의 고전압 단자와 코일의 타단을 접속하는 스위치(SdJ+1)와, J번째의 축전 셀의 저전압 단자와 코일의 일단을 접속하는 스위치(ScJ)가 온이 되는 기간(TJb)(J=1 내지 N)으로 이루어지며, 각각의 축전 셀의 전압을 감시하여, 각각의 축전 셀의 전압이 동등해지도록 기간(T1a 내지 TNa)의 길이 및 기간(T1b 내지 TNb)의 길이를 제어한다.

도시하지 않은 제어 회로의 방전 기간은, 각각의 축전 셀의 전압을 감시하여, 전압이 높은 축전 셀의 제1 축전 셀로부터 센 번호 P와, 전압이 낮은 축전 셀의 제1 축전 셀로부터 센 번호 Q인 축전 셀을 각각 선택하고, 전압이 높은 축전 셀의 고전압 단자와 코일의 일단을 접속하는 스위치(ScP+1)와, 전압이 높은 축전 셀의 저전압 단자와 코일의 타단을 접속하는 스위치(SdP)를 온으로 하여, 코일에 전류를 충전하는 기간(Txa)과, 전압이 낮은 축전 셀의 고전압 단자와 코일의 타단을 접속하는 스위치(SdQ+1)와, 전압이 낮은 축전 셀의 저전압 단자와 코일의 일단을 접속하는 스위치(ScQ)를 온으로 하여, 코일에 축적된 전류에 의해 전압이 낮은 축전 셀을 충전하는 기간(Txb)을 갖는 기간(Tx)으로 이루어지고, 도시하지 않은 제어 회로는 각각의 축전 셀의 전압이 동등해지도록 상기 기간의 길이를 반복해서 제어한다.

(제6 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 동작)

이어서, 본 발명의 제6의 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명한다. 본 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 충전시에 있어서, 코일(L1)의 일단과 충전 전원 입력 단자(Vin)를 접속하는 스위치(Sa1), 및 코일(L1)의 타단과 기준 전압 단자(Vcom)를 접속하는 스위치(Sb1)가 온이 되는 기간(TJa)(J=1 내지 N)과, J번째의 축전 셀의 고전압 단자와 코일(L1)의 타단을 접속하는 스위치(SdJ+1), 및 J번째의 축전 셀의 저전압 단자와 코일(L1)의 일단을 접속하는 스위치(ScJ)가 온이 되는 기간(TJb)(J=1 내지 N)을 갖고, 각각의 축전 셀의 전압을 감시하여, 각각의 축전 셀의 전압이 동등해지도록 기간(T1a 내지 TNa), 및 기간(T1b 내지 TNb)의 길이를 제어한다. 또한, 본 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 출력 단자(102)에 접속되는 부하를 구동하는 방전시에 있어서, 각각의 축전 셀의 전압을 감시하여, 전압이 높은 축전 셀의 제1 축전 셀로부터 센 번호 P인 축전 셀과, 전압이 낮은 축전 셀의 제1 축전 셀로부터 센 번호 Q인 축전 셀을 각각 선택하고, 전압이 높은 축전 셀의 고전압 단자와 코일(L1)의 일단을 접속하는 스위치(ScP+1)와, 전압이 높은 축전 셀의 저전압 단자와 코일(L1)의 타단을 접속하는 스위치(SdP)를 온으로 하여, 코일(L1)에 전류를 충전하는 기간(Txa), 및 전압이 낮은 축전 셀의 고전압 단자와 코일(L1)의 타단을 접속하는 스위치(SdQ+1)와, 전압이 낮은 축전 셀의 저전압 단자와 코일(L1)의 일단을 접속하는 스위치(ScQ)를 온으로 하여, 상기 코일(L1)에 흐르는 전류를 전압이 낮은 축전 셀에 충전하는 기간(Txb)을 갖는 기간(Tx)을 가지며, 각각의 축전 셀 전압이 동등해지도록 상기 기간의 길이를 반복해서 제어한다.

도 34 내지 도 38은 본 발명의 제6 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제6 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬된 축전 셀을 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위해서, 도시하지 않은 제어 회로에 의해 제1 내지 제N의 충전 기간이 설정된다.

우선, 제1 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 셀(Cell1)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 34의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제1 충전 기간의 후반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 오프로 하고, 스위치(Sc1 및 Sd2)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 35의 파선 화살표로 나타낸다.

그 후, 제2 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sc1 및 Sd2)를 오프로 하고, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 셀(Cell2)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 이 상태는 도 34의 상태와 동일하며, 충전 전류의 경로를 도 34의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제2 충전 기간의 후반에 있어서, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 오프로 하고, 스위치(Sc2 및 Sd3)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell2)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 36의 파선 화살표로 나타낸다.

이하, 마찬가지의 동작을 반복해서, 각 충전 기간의 전반에 있어서 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 하여, 축전 셀에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 그리고, 각 충전 기간의 후반에 있어서 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온 시킴으로써, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 그 셀을 충전한다. 따라서, 셀(CellN)을 충전하는 상태에서는, 스위치(ScN 및 SdN+1)를 온으로 한다. 이 상태의 충전 전류의 경로를 도 37의 파선 화살표로 나타낸다.

여기서, 도시하지 않은 제어 회로에 의한 제어 내용에 대해 도 38을 참조하여 설명한다. 도 38은, 도 33에서의 각 스위치에 대해, 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN) 각각에 있어서 도시하지 않은 제어 회로가 온으로 하는 것을 나타내고 있다. 즉, 각 스위치 중, 동 도면 중의 "ON"이라고 기재되어 있는 란에 대응하는 스위치를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온 상태로 하고, 그 이외의 스위치는 오프 상태로 한다.

도 38과 같이, 각 충전 기간(T1 내지 TN)의 전반에서는, 상술한 바와 같이, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 한다. 그리고, 각 충전 기간(T1 내지 TN)의 후반에서는, 상술한 바와 같이, 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온으로 한다. 이와 같이, 도시하지 않은 제어 회로는, 각 스위치에 대해서, 상기 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN)과 같이 온으로 하는 제어를 반복해서 행하므로, 1개의 코일(L1)을 사용하여 승강압 동작하는 밸런스 충전 회로를 실현할 수 있다.

또한, 직렬 셀의 각 셀은, 각 충전 기간(T1 내지 TN) 중 어느 기간에서도 방전되는 경우가 없으므로, 충전 횟수가 한정되어 있는 직렬 셀에 대하여 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지할 수 있다는 효과도 발휘한다.

(제7 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 구성)

도 39는, 단일한 코일(L1)을 사용하여, 직렬로 접속된 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)을 충전하는 밸런스 충전 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다. 도 39에서, 밸런스 충전 회로는, 단일한 코일(L1)과, 충전 전압이 입력되는 입력 단자(101)와 기준 전압 단자의 사이에 코일(L1)을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW1)과, 축전 셀(Cell1 내지 CellN) 각각의 양단과 코일(L1)의 양단을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW2)을 구비하고 있다. 이 도 39의 밸런스 충전 회로의 구성은, 상기 도 1 및 도 7의 구성에서, 셀의 수가 N개일 경우의 밸런스 충전 회로의 구성이다.

이 도 39의 밸런스 충전 회로의 구성 자체는, 도 33을 참조하여 설명한 밸런스 충전 회로의 구성과 마찬가지이지만, 도시하지 않은 제어 회로에 의한 스위치의 제어 내용의 일부가 상이하며, 강압 동작을 실현한다.

(제7 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 동작)

이어서, 본 발명의 제7 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명한다. 도 40 내지 도 45는 본 발명의 제7 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제7 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬된 축전 셀을 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위해서, 도시하지 않은 제어 회로에 의해, 제1 내지 제N의 충전 기간이 설정된다. 단, 제1 충전 기간에서 온이 되는 스위치가, 제6 실시 형태의 경우와는 상이하다.

즉, 제1 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1 및 Sd2)를 온으로 한다. 이 점, 온으로 하는 스위치가, 제6 실시 형태의 경우와는 상이하다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 충전 전류를 코일(L1)에 축적하면서 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 40의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제1 충전 기간의 후반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1)를 오프로 하고, Sd2가 온인 상태에서, 스위치(Sc1)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 41의 파선 화살표로 나타낸다.

그 후, 제2 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sc1 및 Sd2)를 오프로 하고, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 셀(Cell2)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 42의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제2 충전 기간의 후반에 있어서, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 오프로 하고, 스위치(Sc2 및 Sd3)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell2)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 43의 파선 화살표로 나타낸다.

이하, 마찬가지의 동작을 반복해서, 제2 충전 기간 이후에 대해서는, 각 충전 기간의 전반에 있어서 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 하여, 축전 셀에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 그리고, 각 충전 기간의 후반에 있어서 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온으로 함으로써, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 그 셀을 충전한다. 따라서, 셀(CellN)을 충전하는 상태에서는, 스위치(ScN 및 SdN+1)를 온으로 한다. 이 상태의 충전 전류의 경로를 도 44의 파선 화살표로 나타낸다.

여기서, 도시하지 않은 제어 회로에 의한 제어 내용에 대하여 도 45를 참조하여 설명한다. 도 45는, 도 39에서의 각 스위치에 대해, 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN) 각각에 있어서 도시하지 않은 제어 회로가 온으로 하는 것을 나타내고 있다. 즉, 각 스위치 중, 동 도면 중의 "ON"이라고 기재되어 있는 란에 대응하는 스위치를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온 상태로 하고, 그 이외의 스위치는 오프 상태로 한다.

도 45와 같이, 각 충전 기간(T1 내지 TN)에서, 제1 충전 기간의 전반에서는 스위치(Sa1 및 Sd2)를 온으로 하고, 제2 충전 기간 이후의 전반에서는 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 한다. 그리고, 각 충전 기간(T1 내지 TN)의 후반에서는, 상술한 바와 같이, 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온으로 한다. 이와 같이, 도시하지 않은 제어 회로는, 각 스위치에 대해, 상기 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN)과 같이 온으로 하는 제어를 반복해서 행하므로, 1개의 코일(L1)을 사용한 밸런스 충전 회로를 실현할 수 있다.

또한, 직렬 셀의 각 셀은, 각 충전 기간(T1 내지 TN) 중 어느 기간에서도 방전되는 경우가 없으므로, 충전 횟수가 한정되어 있는 직렬 셀에 대하여 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지할 수 있다는 효과도 발휘한다.

(제8 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 구성)

도 46은, 단일한 코일(L1)을 사용하여, 직렬로 접속된 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)을 충전하는 밸런스 충전 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다. 도 46에서, 밸런스 충전 회로는, 단일한 코일(L1)과, 충전 전압이 입력되는 입력 단자(101)와 기준 전압 단자의 사이에 코일(L1)을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW1)과, 축전 셀(Cell1 내지 CellN) 각각의 양단과 코일(L1)의 양단을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW2)을 구비하고 있다.

이 도 46의 밸런스 충전 회로의 구성 자체는, 도 33을 참조하여 설명한 밸런스 충전 회로의 구성과 마찬가지이지만, 도시하지 않은 제어 회로에 의한 스위치의 제어 내용의 일부가 상이하며, 승압 동작을 실현한다.

(제8 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 동작)

이어서, 본 발명의 제8 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명한다. 도 47 내지 도 51은 본 발명의 제8 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제8 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬된 축전 셀을 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위해서, 도시하지 않은 제어 회로에 의해, 제1 내지 제N의 충전 기간이 설정된다. 단, 제1 충전 기간에서 온이 되는 스위치가, 제6 실시 형태의 경우와는 상이하다.

즉, 제1 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 셀(Cell1)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 47의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제1 충전 기간의 후반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sb1)를 오프로 하고, Sa1이 온인 상태에서 스위치(Sd2)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 48의 파선 화살표로 나타낸다.

그 후, 제2 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sd2)를 오프로 하고, 스위치(Sa1)를 온인 상태에서 스위치(Sb1)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 셀(Cell2)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 이 상태는 도 47의 상태와 동일하며, 충전 전류의 경로를 도 47의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제2 충전 기간의 후반에 있어서, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 오프로 하고, 스위치(Sc2 및 Sd3)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell2)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 49의 파선 화살표로 나타낸다.

이하, 마찬가지의 동작을 반복해서, 각 충전 기간의 전반에 있어서 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 하여, 축전 셀에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 그리고, 각 충전 기간의 후반에 있어서 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온으로 함으로써, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 그 셀을 충전한다. 따라서, 셀(CellN)을 충전하는 상태에서는, 스위치(ScN 및 SdN+1)를 온으로 한다. 이 상태의 충전 전류의 경로를 도 50의 파선 화살표로 나타낸다.

여기서, 도시하지 않은 제어 회로에 의한 제어 내용에 대하여 도 51을 참조하여 설명한다. 도 51은, 도 46에서의 각 스위치에 대해, 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN) 각각에 있어서 도시하지 않은 제어 회로가 온으로 하는 것을 나타내고 있다. 즉, 각 스위치 중, 동 도면 중의 "ON"이라고 기재되어 있는 란에 대응하는 스위치를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온 상태로 하고, 그 이외의 스위치는 오프 상태로 한다.

도 51과 같이, 각 충전 기간(T1 내지 TN)의 전반에서는, 상술한 바와 같이, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 한다. 그리고, 각 충전 기간(T1 내지 TN)에서, 제1 충전 기간의 후반에서는 스위치(Sa1 및 Sd2)를 온으로 하고, 제2 충전 기간 이후의 후반에서는, 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온으로 한다. 이와 같이, 도시하지 않은 제어 회로는, 각 스위치에 대해, 상기 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN)과 같이 온으로 하는 제어를 반복해서 행하므로, 1개의 코일(L1)을 사용한 밸런스 충전 회로를 실현할 수 있다.

또한, 직렬 셀의 각 셀은, 각 충전 기간(T1 내지 TN) 중 어느 기간에서도 방전되는 경우가 없으므로, 충전 횟수가 한정되어 있는 직렬 셀에 대하여 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지할 수 있다는 효과도 발휘한다.

(제9 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 구성)

도 52는, 단일한 코일(L1)을 사용하여, 직렬로 접속된 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)을 충전하는 밸런스 충전 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다. 도 52에서, 밸런스 충전 회로는, 단일한 코일(L1)과, 충전 전압이 입력되는 입력 단자(101)와 기준 전압 단자의 사이에 코일(L1)을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW1)과, 축전 셀(Cell1 내지 CellN) 각각의 양단과 코일(L1)의 양단을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW2)을 구비하고 있다.

스위치 군(SW1)은, 스위치(Sa1) 및 스위치(Sa2)와, 스위치(Sf0) 및 스위치(Sb1)를 구비하고 있다. 스위치(Sa1) 및 스위치(Sa2)는, 일단이 각각 입력 단자(101)에 접속되고, 타단이 각각 코일(L1)의 일단과 타단에 접속되어 있다. 스위치(Sf0) 및 스위치(Sb1)는, 일단이 각각 기준 전압 단자에 접속되고, 타단이 각각 코일(L1)의 타단과 일단에 접속되어 있다.

스위치 군(SW2)은, 스위치(Sf1 내지 SfN)를 구비하고 있다. 스위치(Sf1 내지 SfN) 중, 홀수번째의 스위치(Sf1, Sf3, …, SfN-1)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)의 접속점에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 타단에 접속되어 있다. 또한, 스위치(Sf1 내지 SfN) 중, 짝수번째의 스위치(Sf2, Sf4, …, SfN)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)의 접속점 및 출력 단자(102)에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로는, 축전 셀의 수에 "4"를 첨가한 수의 스위치를 구비하고 있다. 즉, 축전 셀의 수에 "4"를 첨가한 수의 스위치는, 각각의 축전 셀의 양단이 코일(L1)을 접속하는 N개의 스위치로 이루어지는 스위치 군(SW2) 및 입력 단자(101)와 코일(L1)을 접속하는 4개의 스위치로 이루어지는 스위치 군(SW1)이다. 스위치 군(SW2)은, 제1 축전 셀로부터 세서 짝수번째의 고전압 단자와 코일의 일단을 접속하는 스위치(Sf2 내지 SfM)(짝수번째의 축전 셀에 접속되는 스위치(Sf2, Sf4, …, SfM)(M은 N 이하의 최대 짝수))와, 제1 축전 셀로부터 세서 홀수번째의 고전압 단자와 코일의 타단을 접속하는 스위치(Sf1 내지 SfL)(홀수번째의 축전 셀에 접속되는 스위치(Sf1, Sf3, …, SfL)(L은 N 이하의 최대 홀수))를 갖고 있다.

(제9 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 동작)

이어서, 본 발명의 제9 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명한다. 도 53 내지 도 58은 본 발명의 제9 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제9 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬 접속된 축전 셀을 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위해서, 도시하지 않은 제어 회로에 의해, 제1 내지 제N의 충전 기간이 설정된다.

우선, 제1 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 셀(Cell1)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 53의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제1 충전 기간의 후반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 오프로 하고, 스위치(Sf0 및 Sf1)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 54의 파선 화살표로 나타낸다.

그 후, 제2 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sf0 및 Sf1)를 오프로 하고, 스위치(Sa2 및 Sf0)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 셀(Cell2)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 55의 파선 화살표로 나타낸다. 도 55의 경우의 충전 전류의 경로는, 도 53의 경우의 충전 전류의 경로와 역방향이다.

이어서, 제2 충전 기간의 후반에 있어서, 스위치(Sa2 및 Sf0)를 오프로 하고, 스위치(Sf1 및 Sf2)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell2)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 56의 파선 화살표로 나타낸다.

그 후, 제3 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sf1 및 Sf2)를 오프로 하고, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 셀(Cell3)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 이 상태는 도 53의 상태와 동일하며, 충전 전류의 경로를 도 53의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제3 충전 기간의 후반에 있어서, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 오프로 하고, 스위치(Sf2 및 Sf3)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell3)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 57의 파선 화살표로 나타낸다.

이하, 마찬가지의 동작을 반복해서, 각 충전 기간의 전반에 있어서 코일(L1)에 축적하는 충전 전류가 흐르는 방향을, 홀수번째의 충전 기간과 짝수번째의 충전 기간에서 교대로 변화시키고 있다. 그리고, 각 충전 기간의 후반에 있어서 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온으로 함으로써, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 그 셀을 충전한다. 따라서, 셀(CellN)을 충전하는 짝수번째의 충전 기간에서는, 스위치(SfN-1 및 SfN)를 온으로 한다. 이 상태의 충전 전류의 경로를 도 58의 파선 화살표로 나타낸다.

여기서, 도시하지 않은 제어 회로에 의한 제어 내용에 대하여 도 59를 참조하여 설명한다. 도 59는, 도 52에서의 각 스위치에 대해, 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN) 각각에 있어서 도시하지 않은 제어 회로가 온으로 하는 것을 나타내고 있다. 즉, 각 스위치 중, 동 도면 중의 "ON"이라고 기재되어 있는 란에 대응하는 스위치를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온 상태로 하고, 그 이외의 스위치는 오프 상태로 한다.

도 59와 같이, 홀수번째의 충전 기간의 전반에서는 스위치(Sa1, Sb1)를 온으로 하고, 짝수번째의 충전 기간의 전반에서는 스위치(Sa2, Sf0)를 온으로 하여, 코일(L1)에 축적하는 충전 전류가 흐르는 방향을 교대로 변화시키고 있다. 그리고, 각 충전 기간(T1 내지 TN)의 후반에서는, 상술한 바와 같이, 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온으로 한다.

즉, 도시하지 않은 제어 회로의 충전 기간은, 스위치(Sa1, Sb1)만을 온으로 하여 코일(L1)에 충전 전류를 충전하는 기간(T1a) 및 스위치(Sf0, Sf1)만을 온으로 하여 충전된 코일의 전류를 제1 축전 셀에 충전하는 기간(T1b)으로 이루어지는 충전 기간(T1)과, 마찬가지로 스위치(Sa2, Sf0)만을 온으로 하여 코일(L1)에 충전 전류를 충전하는 기간(T2a) 및 스위치(Sf1, Sf2)만을 온으로 하여 충전된 코일(L1)의 전류를 제2 축전 셀에 충전하는 기간(T2b)으로 이루어지는 충전 기간(T2)과, 충전 기간(T1, T2)과 마찬가지로 스위치(Sa1, Sb1, Sa2, Sf0 및 Sf2 내지 SfN)를 온 오프로 하여, 코일(L1)의 전류를 제3 내지 제N의 축전 셀에 충전하는 충전 기간(T3 내지 TN)으로 이루어진다. 그리고, 각각의 축전 셀의 전압을 감시하여, 각각의 축전 셀의 전압이 동등해지도록 기간(T1a 내지 TNa)의 길이 및 기간(T1b 내지 TNb)의 길이를 제어한다.

또한, 도시하지 않은 제어 회로의 방전 기간은, 각각의 축전 셀의 전압을 감시하여, 전압이 높은 축전 셀의 제1 축전 셀로부터 센 번호 P와 전압이 낮은 축전 셀의 제1 축전 셀로부터 센 번호 Q의 합계가 홀수가 되는 축전 셀을 각각 선택하고, 전압이 높은 제P의 축전 셀의 고전압 단자와 코일(L)의 타단을 접속하는 스위치(SfP)와, 전압이 높은 제P의 축전 셀의 저전압 단자와 코일(L)의 일단을 접속하는 스위치(Sf(P-1))를 온으로 하여, 코일(L1)에 전류를 충전하는 기간(Txa)과, 전압이 낮은 제Q의 축전 셀의 고전압 단자와 코일(L)의 타단을 접속하는 스위치(SfQ)와 전압이 낮은 제Q의 축전 셀의 저전압 단자와 코일의 일단을 접속하는 스위치(Sf(Q-1))를 온으로 해서 코일 전류를 전압이 낮은 셀에 충전하는 기간(Txb)을 갖는 기간(Tx)으로 이루어지며, 도시하지 않은 제어 회로는 출력 단자(102)에 접속되는 부하를 구동할 때에, 각각의 축전 셀의 전압이 동등해지도록 상기 기간의 길이를 반복해서 제어한다.

이와 같이, 도시하지 않은 제어 회로는, 각 스위치에 대해, 상기 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN)과 같이 온으로 하는 제어를 반복해서 행하므로, 단일 코일(L1)을 사용하여 승강압 동작하는 밸런스 충전 회로를 실현할 수 있다.

또한, 직렬 셀의 각 셀은, 각 충전 기간(T1 내지 TN) 중 어느 기간에서도 방전되는 경우가 없으므로, 충전 횟수가 한정되어 있는 직렬 셀에 대하여 전하를 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지할 수 있다는 효과도 발휘한다.

또한, 스위치의 수가 축전 셀의 수(N)에 "4"를 첨가한 수이기 때문에, 매우 적은 소자 수로 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 회로를 실현할 수 있다.

(제9 실시 형태의 변형)

상기 제9 실시 형태에서, 도시하지 않은 제어 회로는, 충전 기간(T1)에서의 스위치의 제어를 이하와 같이 변경해도 된다. 즉, 도 60 내지 도 62는, 상기 제9 실시 형태에서, 도시하지 않은 제어 회로에 의한 스위치(Sa1, Sa2, Sb1, Sf0, Sf1, Sf2)의 온/오프 제어 상태를 도시하는 도면이다.

도 60을 참조하면, 충전 기간(T1)의 전반에 있어서, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 해서 코일(L1)에 전류를 축적한다. 그리고, 충전 기간(T1)의 후반에 있어서, 스위치(Sf0 및 Sf1)를 온으로 함으로써, 코일(L1)에 축적된 전류에 의해 셀(Cell1)을 충전한다.

이어서, 충전 기간(T2)의 전반에 있어서, 스위치(Sa2 및 Sf0)를 온으로 하여 코일(L1)에 전류를 축적한다. 그리고, 충전 기간(T2)의 후반에 있어서, 스위치(Sf1 및 Sf2)를 온으로 함으로써, 코일(L1)에 축적된 전류에 의해 셀(Cell2)을 충전한다.

이상과 같이 스위치를 온/오프로 함으로써, 밸런스 충전 회로의 승강압 동작을 실현할 수 있다.

또한, 도 61을 참조하면, 충전 기간(T1)의 전반에 있어서, 스위치(Sa1 및 Sf1)를 온으로 하여 코일(L1)에 전류를 축적한다. 그리고, 충전 기간(T1)의 후반에 있어서, 스위치(Sf0 및 Sf1)를 온으로 함으로써, 코일(L1)에 축적된 전류에 의해 셀(Cell1)을 충전한다.

이어서, 충전 기간(T2)의 전반에 있어서, 스위치(Sa2 및 Sf0)를 온으로 하여 코일(L1)에 전류를 축적한다. 그리고, 충전 기간(T2)의 후반에 있어서, 스위치(Sf1 및 Sf2)를 온으로 함으로써, 코일(L1)에 축적된 전류에 의해 셀(Cell2)을 충전한다.

이상과 같이 스위치를 온/오프로 함으로써, 밸런스 충전 회로의 강압 동작을 실현할 수 있다.

또한, 도 62를 참조하면, 충전 기간(T1)의 전반에 있어서, 스위치(Sa1 및 Sb1)를 온으로 해서 코일(L1)에 전류를 축적한다. 그리고, 충전 기간(T1)의 후반에 있어서, 스위치(Sa1 및 Sf1)를 온으로 함으로써, 코일(L1)에 축적된 전류에 의해 셀(Cell1)을 충전한다.

이어서, 충전 기간(T2)의 전반에 있어서, 스위치(Sa2 및 Sf0)를 온으로 해서 코일(L1)에 전류를 축적한다. 그리고, 충전 기간(T2)의 후반에 있어서, 스위치(Sf1 및 Sf2)를 온으로 함으로써, 코일(L1)에 축적된 전류에 의해 셀(Cell2)을 충전한다.

이상과 같이 스위치를 온/오프로 함으로써, 밸런스 충전 회로의 승압 동작을 실현할 수 있다.

또한, 홀수번째의 축전 셀과 짝수번째의 축전 셀을 교대로 충전 대상으로 하는 제어를 행해도 되고, 홀수번째의 축전 셀과 짝수번째의 축전 셀 중 어느 한쪽 모두를 먼저 충전 대상으로 하여 순서없이 즉 임의의 순서로 충전 완료하고, 그 후에 다른 쪽 모두를 충전 대상으로 하여 순서 없이 즉 임의의 순서로 충전 완료하는 제어를 행해도 된다. 전자의 제어를 채용하는 경우에는 충전 대상으로 하는 축전 셀을 바꿀 때마다 전류가 흐르는 방향이 바뀌지만, 후자의 제어를 채용하는 경우에는 홀수번째에서 짝수번째로(또는 그 역으로)의 전환시에 1회만 전류가 흐르는 방향이 바뀌게 된다. 따라서, 후자의 제어를 채용하는 경우에는, 전자의 제어를 채용하는 경우보다 전력 소비의 효율이 좋다.

(제10 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 구성)

도 63은, 단일한 코일(L1)을 사용하여, 직렬로 접속된 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)을 충전하는 밸런스 충전 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다. 도 63에서, 밸런스 충전 회로는, 단일한 코일(L1)과, 충전 전압이 입력되는 입력 단자(101)와 기준 전압 단자의 사이에 코일(L1)을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW1)과, 축전 셀(Cell1 내지 CellN) 각각의 양단과 코일(L1)을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW2)을 구비하고 있다.

스위치 군(SW1)은, 스위치(Sa1) 및 스위치(Sa2)와, 스위치(Sb2)를 구비하고 있다. 스위치(Sa1) 및 스위치(Sa2)는, 일단이 각각 입력 단자(101)에 접속되고, 타단이 각각 코일(L1)의 일단과 타단에 접속되어 있다. 스위치(Sb2)는, 일단이 기준 전압에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 타단에 접속되어 있다.

스위치 군(SW2)은, 스위치(Sc3 내지 ScN+1)와, 스위치(Sd2 내지 SdN)를 구비하고 있다. 스위치(Sc3 내지 ScN+1)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell2 내지 CellN)의 접속점 및 출력 단자(102)에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다. 스위치(Sd2 내지 SdN)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)의 접속점에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 타단에 접속되어 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로는, 도 46을 참조하여 설명한 제8 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로에 있어서, 스위치(Sc2)를 삭제한 구성이다.

(제10 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 동작)

이어서, 본 발명의 제10 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명한다. 도 64 내지 도 69는 본 발명의 제10 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제10 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬 접속된 축전 셀을 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위해서, 도시하지 않은 제어 회로에 의해, 제1 내지 제N의 충전 기간이 설정된다.

제1 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1 및 Sd2)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 충전 전류를 코일(L1)에 축적하면서 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 64의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제1 충전 기간의 후반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1)를 오프로 하고, Sd2가 온인 상태에서 스위치(Sb2)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 65의 파선 화살표로 나타낸다.

그 후, 제2 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sd2)를 오프로 하고, 스위치(Sa2 및 Sb2)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 셀(Cell2)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 66의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제2 충전 기간의 후반에 있어서, 스위치(Sa2 및 Sb2)를 오프로 하고, 스위치(Sc3 및 Sd2)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell2)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 67의 파선 화살표로 나타낸다.

이하, 마찬가지의 동작을 반복해서, 제2 충전 기간 이후에 대해서는, 각 충전 기간의 전반에 있어서 스위치(Sa2 및 Sb1)를 온으로 하여, 축전 셀에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 그리고, 각 충전 기간의 후반에 있어서 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온으로 함으로써, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 그 셀을 충전한다. 따라서, 셀(CellN)을 충전하는 상태에서는, 스위치(ScN+1 및 SdN)를 온으로 한다. 이 상태의 충전 전류의 경로를 도 68의 파선 화살표로 나타낸다.

여기서, 도시하지 않은 제어 회로에 의한 제어 내용에 대하여 도 69를 참조하여 설명한다. 도 69는, 도 63에서의 각 스위치에 대해, 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN) 각각에 있어서 도시하지 않은 제어 회로가 온으로 하는 것을 나타내고 있다. 즉, 각 스위치 중, 동 도면 중의 "ON"이라고 기재되어 있는 란에 대응하는 스위치를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온 상태로 하고, 그 이외의 스위치는 오프 상태로 한다.

도 69와 같이, 각 충전 기간(T1 내지 TN)에서, 제1 충전 기간의 전반에서는 스위치(Sa1 및 Sd2)를 온으로 하고, 제2 충전 기간 이후의 전반에서는 스위치(Sa2 및 Sb1)를 온으로 한다. 그리고, 각 충전 기간(T1 내지 TN)의 후반에서는, 상술한 바와 같이, 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온으로 한다. 이와 같이, 도시하지 않은 제어 회로는, 각 스위치에 대해, 상기 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN)과 같이 온으로 하는 제어를 반복해서 행하므로, 1개의 코일(L1)을 사용한 밸런스 충전 회로를 실현할 수 있다.

또한, 상기 제1 충전 기간(T1)은 강압 동작이기 때문에, 입력 전압(Vin)이 셀(Cell1)의 충전 전압보다 크고, 또한, 셀(Cell1)에 대한 충전 전류의 방향과 셀(Cell2 내지 N)에 대한 충전 전류의 방향이 상이해도 되는 경우에, 본 실시 형태를 적용할 수 있다.

(제11 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 구성)

도 70은, 단일한 코일(L1)을 사용하여, 직렬로 접속된 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)을 충전하는 밸런스 충전 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다. 도 70에서, 밸런스 충전 회로는, 단일한 코일(L1)과, 충전 전압이 입력되는 입력 단자(101)와 코일(L1)을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW1)과, 축전 셀(Cell1 내지 CellN) 각각의 양단과 코일(L1)을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW2)을 구비하고 있다.

스위치 군(SW1)은, 스위치(Sa1)와 스위치(Sb2)를 구비하고 있다. 스위치(Sa1)는, 일단이 입력 단자(101)에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다. 스위치(Sb2)는, 일단이 기준 전압 단자에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다.

스위치 군(SW2)은, 스위치(Sc3 내지 ScN+1)와 스위치(Sd2 내지 SdN)를 구비하고 있다. 스위치(Sc3 내지 ScN+1)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell2 내지 CellN)의 접속점 및 출력 단자(102)에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다. 스위치(Sd2 내지 SdN)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)의 접속점에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 타단에 접속되어 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로는, 도 46을 참조하여 설명한 제8 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로에 있어서, 스위치(Sc2)를 삭제한 구성이다.

(제11 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 동작)

이어서, 본 발명의 제11 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명한다. 도 71 내지 도 76은 본 발명의 제11 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제11 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬된 축전 셀을 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위해서, 도시하지 않은 제어 회로에 의해, 제1 내지 제N의 충전 기간이 설정된다.

제1 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1 및 Sd2)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 충전 전류를 코일(L1)에 축적하면서 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 71의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제1 충전 기간의 후반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1)를 오프로 하고, 스위치(Sd2)가 온인 상태에서 스위치(Sb2)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 72의 파선 화살표로 나타낸다.

그 후, 제2 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sd2 및 Sb2)를 온인 상태로 한다. 그러면, 셀(Cell1)로부터 방전이 행해져서, 셀(Cell2)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 73의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제2 충전 기간의 후반에 있어서, 스위치(Sb2)를 오프로 하고, 스위치(Sd2)가 온인 상태에서 스위치(Sc3)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell2)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 74의 파선 화살표로 나타낸다.

이하, 마찬가지의 동작을 반복해서, 제2 충전 기간 이후에 대해서는, 각 충전 기간의 전반에 있어서 스위치(Sb2 및 Sd2)를 온으로 하여, 셀(Cell1)로부터 방전에 의해, 다른 셀(Cell2 내지 CellN)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 따라서, 셀(CellN)을 충전하는 상태에서는, 스위치(ScN+1 및 SdN)를 온으로 한다. 이 상태의 충전 전류의 경로를 도 75의 파선 화살표로 나타낸다.

여기서, 도시하지 않은 제어 회로에 의한 제어 내용에 대하여 도 76을 참조하여 설명한다. 도 76은, 도 70에서의 각 스위치에 대해, 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN) 각각에 있어서 도시하지 않은 제어 회로가 온으로 하는 것을 나타내고 있다. 즉, 각 스위치 중, 동 도면 중의 "ON"이라고 기재되어 있는 란에 대응하는 스위치를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온 상태로 하고, 그 이외의 스위치는 오프 상태로 한다.

도 76과 같이, 각 충전 기간(T1 내지 TN)에서, 제1 충전 기간의 전반에서는 스위치(Sa1 및 Sd2)를 온으로 하여 셀(Cell1)을 충전하고, 제2 충전 기간 이후의 전반에서는 스위치(Sb2 및 Sd2)를 온으로 하여 셀(Cell1)로부터의 방전에 의해 다른 셀(Cell2 내지 CellN)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 그리고, 각 충전 기간(T1 내지 TN)의 후반에서는, 상술한 바와 같이, 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온으로 해서 다른 셀(Cell2 내지 CellN)을 충전한다. 이와 같이, 도시하지 않은 제어 회로는, 각 스위치에 대해서, 상기 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN)과 같이 온으로 하는 제어를 반복해서 행하므로, 1개의 코일(L1)을 사용한 밸런스 충전 회로를 실현할 수 있다.

또한, 상기 제1 충전 기간(T1)은 강압 동작이기 때문에, 입력 전압(Vin)이 셀(Cell1)의 충전 전압보다 크고, 또한, 셀(Cell1)의 방전이 허용되는 경우에, 본 실시 형태를 적용할 수 있다.

(제12 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 구성)

도 77은, 단일한 코일(L1)을 사용하여, 직렬로 접속된 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)을 충전하는 밸런스 충전 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다. 도 77에서, 밸런스 충전 회로는, 단일한 코일(L1)과, 충전 전압이 입력되는 입력 단자(101)와 코일(L1)을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW1)과, 축전 셀(Cell1 내지 CellN) 각각의 양단과 코일(L1)을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW2)을 구비하고 있다.

스위치 군(SW1)은, 스위치(Sa1)와 스위치(Sb2)를 구비하고 있다. 스위치(Sa1)는, 일단이 입력 단자(101)에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다. 스위치(Sb2)는, 일단이 기준 전압 단자에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다.

스위치 군(SW2)은, 스위치(Sc3 내지 ScN+1)와 스위치(Sd2 내지 SdN)를 구비하고 있다. 스위치(Sc3 내지 ScN+1)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell2 내지 CellN)의 접속점 및 출력 단자(102)에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다. 스위치(Sd2 내지 SdN)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)의 접속점에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 타단에 접속되어 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로는, 도 46을 참조하여 설명한 제8 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로에 있어서, 스위치(Sc2)를 삭제한 구성이다.

이 도 77의 밸런스 충전 회로의 구성 자체는, 도 70을 참조하여 설명한 밸런스 충전 회로의 구성과 마찬가지이지만, 도시하지 않은 제어 회로에 의한 스위치의 제어 내용의 일부가 상이하다.

(제12 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 동작)

이어서, 본 발명의 제12 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명한다. 도 77 내지 도 84는 본 발명의 제12 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제12 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬된 축전 셀을 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위해서, 도시하지 않은 제어 회로에 의해, 제1 내지 제N의 충전 기간이 설정된다.

제1 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1 및 Sd2)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 충전 전류를 코일(L1)에 축적하면서 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 78의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제1 충전 기간의 후반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1)를 오프로 하고, 스위치(Sd2)가 온인 상태에서 스위치(Sb2)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 79의 파선 화살표로 나타낸다.

그 후, 제2 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sd2 및 Sb2)를 온인 상태로 한다. 그러면, 셀(Cell1)로부터 방전이 행해져서, 셀(Cell2)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 80의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제2 충전 기간의 후반에 있어서, 스위치(Sb2)를 오프로 하고, 스위치(Sd2)가 온인 상태에서 스위치(Sc3)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell2)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 81의 파선 화살표로 나타낸다.

그리고, 제3 충전 기간 이후는, 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sb2) 및 스위치(Sd3 내지 SdN)를 온으로 하여, 셀(Cell2 내지 CellN-1)로부터 방전이 행해지고, 셀(Cell3 내지 CellN)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 따라서, 충전 기간(TN)에서는, 충전 기간(TN)의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sb2 및 SdN)를 온으로 하여, 셀(Cell1N-1)로부터 방전이 행해지고, 셀(CellN)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 82의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 충전 기간(TN)의 후반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(SdN 및 ScN+1)를 온으로 하여, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(CellN)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 83의 파선 화살표로 나타낸다.

여기서, 도시하지 않은 제어 회로에 의한 제어 내용에 대하여 도 84를 참조하여 설명한다. 도 84는, 도 77에서의 각 스위치에 대해, 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN) 각각에 있어서 도시하지 않은 제어 회로가 온으로 하는 것을 나타내고 있다. 즉, 각 스위치 중, 동 도면 중의 "ON"이라고 기재되어 있는 란에 대응하는 스위치를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온 상태로 하고, 그 이외의 스위치는 오프 상태로 한다.

도 84와 같이, 각 충전 기간(T1 내지 TN)에서, 제1 충전 기간의 전반에서는 스위치(Sa1 및 Sd2)를 온으로 해서 셀(Cell1)을 충전하고, 제2 충전 기간 이후의 전반에서는 스위치(Sb2) 이외에 셀(Cell1 내지 CellN-1)을 순차 방전시키기 위한 스위치를 온으로 해서 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 그리고, 각 충전 기간(T1 내지 TN)의 후반에서는, 상술한 바와 같이, 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온으로 해서 셀(Cell2 내지 CellN)을 충전한다. 이와 같이, 도시하지 않은 제어 회로는, 각 스위치에 대해서, 상기 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN)과 같이 온으로 하는 제어를 반복해서 행하므로, 1개의 코일(L1)을 사용한 밸런스 충전 회로를 실현할 수 있다.

상술한 제11 실시 형태에서는, 방전되는 셀이 셀(Cell1)에 고정되는 것에 반해, 본 실시 형태에서는 방전되는 셀이 고정되지 않기 때문에, 셀(Cell1)의 부담을 저감할 수 있다.

또한, 셀(Cell1 내지 CellN-1)의 방전이 허용될 경우에, 본 실시 형태를 적용할 수 있다.

(제13 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 구성)

도 85는, 단일한 코일(L1)을 사용하여, 직렬로 접속된 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)을 충전하는 밸런스 충전 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다. 도 85에서, 밸런스 충전 회로는, 단일한 코일(L1)과, 충전 전압이 입력되는 입력 단자(101)와 코일(L1)을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW1)과, 축전 셀(Cell1 내지 CellN) 각각의 양단과 코일(L1)을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW2)과, 다이오드(D1)와, 용량(C1)을 구비하고 있다.

스위치 군(SW1)은, 스위치(Sa1)와 스위치(Sb2)를 구비하고 있다. 스위치(Sa1)는, 일단이 입력 단자(101)에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다. 스위치(Sb2)는, 일단이 기준 전압 단자에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다.

스위치 군(SW2)은, 스위치(Sc3 내지 ScN+1)와 스위치(Sd2 내지 SdN)를 구비하고 있다. 스위치(Sc3 내지 ScN+1)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell2 내지 CellN)의 접속점 및 출력 단자(102)에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다. 스위치(Sd2 내지 SdN)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)의 접속점에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 타단에 접속되어 있다.

다이오드(D1)는, 스위치(Sd2)의 일단에 애노드가 접속되고, 축전 셀(Cell1)과 축전 셀(Cell2)의 접속점에 캐소드가 접속되어 있다. 이 다이오드(D1)는, 축전 셀(Cell1)로부터의 방전을 억제하기 위하여 설치되어 있다.

용량(C1)은, 다이오드(D1)의 애노드와 기준 전압 단자의 사이에 접속되어 있다. 이 용량(C1)은, 전하를 일단 축적하고, 축적한 전하의 방전에 의해, 축전 셀(Cell2 내지 CellN)을 충전하기 위한 전류를 코일(L1)에 축적하기 위해 설치되어 있다.

(제13 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 동작)

이어서, 본 발명의 제13 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명한다. 도 86 내지 도 91은 본 발명의 제13 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제13 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬된 축전 셀을 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위해서, 도시하지 않은 제어 회로에 의해, 제1 내지 제N의 충전 기간이 설정된다.

제1 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1 및 Sd2)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 충전 전류를 코일(L1)에 축적하면서 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 86의 파선 화살표로 나타낸다. 이 셀(Cell1)의 충전시, 용량(C1)에 전하가 축적된다.

이어서, 제1 충전 기간의 후반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1)를 오프로 하고, 스위치(Sd2)가 온인 상태에서 스위치(Sb2)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 87의 파선 화살표로 나타낸다.

그 후, 제2 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sd2 및 Sb2)를 온인 상태로 한다. 그러자, 용량(C1)으로부터 방전이 행해져서, 셀(Cell2)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 이때, 다이오드(D1)에 의해, 셀(Cell1)로부터의 방전은 억제된다. 충전 전류의 경로를 도 88의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제2 충전 기간의 후반에 있어서, 스위치(Sb2)를 오프로 하고, 스위치(Sd2)가 온인 상태에서 스위치(Sc3)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell2)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 89의 파선 화살표로 나타낸다.

그리고, 제3 충전 기간 이후는, 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sb2) 및 스위치(Sd2)를 온으로 하여, 용량(C1)으로부터 방전이 행해지고, 셀(Cell3 내지 CellN)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 따라서, 충전 기간(TN)에서는, 충전 기간(TN)의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sb2 및 Sd2)를 온으로 하여, 용량(C1)으로부터 방전이 행해지고, 셀(CellN)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 이 상태는 도 88의 상태와 마찬가지이며, 충전 전류의 경로를 도 88의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 충전 기간(TN)의 후반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(SdN 및 ScN+1)를 온으로 하여, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(CellN)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 90의 파선 화살표로 나타낸다.

여기서, 도시하지 않은 제어 회로에 의한 제어 내용에 대하여 도 91을 참조하여 설명한다. 도 91은, 도 85에서의 각 스위치에 대해, 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN) 각각에 있어서 도시하지 않은 제어 회로가 온으로 하는 것을 나타내고 있다. 즉, 각 스위치 중, 동 도면 중의 "ON"이라고 기재되어 있는 란에 대응하는 스위치를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온 상태로 하고, 그 이외의 스위치는 오프 상태로 한다.

도 91과 같이, 각 충전 기간(T1 내지 TN)에서, 제1 충전 기간의 전반에서는 스위치(Sa1 및 Sd2)를 온으로 해서 셀(Cell1)을 충전함과 함께 용량(C1)에 전하를 축적하고, 제2 충전 기간 이후의 전반에서는 스위치(Sb2 및 Sd2)를 온으로 해서 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 그리고, 각 충전 기간(T1 내지 TN)의 후반에서는, 상술한 바와 같이, 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온으로 해서 셀(Cell2 내지 CellN)을 충전한다. 이와 같이, 도시하지 않은 제어 회로는, 각 스위치에 대해, 상기 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN)과 같이 온으로 하는 제어를 반복해서 행하므로, 1개의 코일(L1)을 사용한 밸런스 충전 회로를 실현할 수 있다.

또한, 셀(Cell1)의 방전의 억제가 필요할 경우에, 본 실시 형태를 적용할 수 있다.

(제14 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 구성)

도 92는, 단일한 코일(L1)을 사용하여, 직렬로 접속된 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)을 충전하는 밸런스 충전 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다. 도 92에서, 밸런스 충전 회로는, 단일한 코일(L1)과, 충전 전압이 입력되는 입력 단자(101)와 코일(L1)을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW1)과, 축전 셀(Cell1 내지 CellN) 각각의 양단과 코일(L1)을 전기적으로 접속하기 위한 스위치 군(SW2)과, N-1개의 다이오드(D1 내지 DN-1)와, N-1개의 용량(C1 내지 CN-1)을 구비하고 있다.

스위치 군(SW1)은, 스위치(Sa1)와 스위치(Sb2)를 구비하고 있다. 스위치(Sa1)는, 일단이 입력 단자(101)에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다. 스위치(Sb2)는, 일단이 기준 전압 단자에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다.

스위치 군(SW2)은, 스위치(Sc3 내지 ScN+1)와 스위치(Sd2 내지 SdN)를 구비하고 있다. 스위치(Sc3 내지 ScN+1)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell2 내지 CellN)의 접속점 및 출력 단자(102)에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다. 스위치(Sd2 내지 SdN)는, 일단이 N개의 축전 셀(Cell1 내지 CellN)의 접속점에 접속되고, 타단이 코일(L1)의 타단에 접속되어 있다.

다이오드(D1 내지 DN-1)는, 각 스위치(Sd2 내지 SdN) 및 각 축전 셀(Cell1 내지 CellN-1)에 대응하여 설치되어 있다. 다이오드(D1 내지 DN-1)는, 대응하는 스위치(Sd2 내지 SdN)의 일단에 애노드가 접속되고, 대응하는 축전 셀과 다른 축전 셀의 접속점에 캐소드가 접속되어 있다. 이들 다이오드(D1 내지 DN-1)는, 대응하는 축전 셀로부터의 방전을 억제하기 위해 설치되어 있다.

용량(C1 내지 CN-1)은, 전하를 일단 축적하고, 축적한 전하의 방전에 의해, 대응하는 축전 셀(Cell2 내지 CellN)을 충전하기 위한 전류를 코일(L1)에 축적하기 위해 설치되어 있다.

(제14 실시 형태에 의한 밸런스 충전 회로의 동작)

이어서, 본 발명의 제14 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로의 동작을 설명한다. 도 93 내지 도 99는 본 발명의 제14 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제14 실시 형태에 따른 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 직렬된 축전 셀을 충전함과 함께, 직렬 셀간의 전압의 밸런스를 유지하기 위해서, 도시하지 않은 제어 회로에 의해, 제1 내지 제N의 충전 기간이 설정된다.

제1 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1 및 Sd2)를 온으로 한다. 그리고, 입력 단자(101)로부터 입력 전압(Vin)을 입력하여, 충전 전류를 코일(L1)에 축적하면서 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 93의 파선 화살표로 나타낸다. 이 셀(Cell1)의 충전시, 용량(C1)에 전하가 축적된다.

이어서, 제1 충전 기간의 후반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sa1)를 오프로 하고, 스위치(Sd2)가 온인 상태에서 스위치(Sb2)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell1)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 94의 파선 화살표로 나타낸다.

그 후, 제2 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sd2 및 Sb2)를 온인 상태로 한다. 그러면, 용량(C1)으로부터 방전이 행해져서, 셀(Cell2)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 이때, 다이오드(D1)에 의해, 셀(Cell1)로부터의 방전은 억제된다. 충전 전류의 경로를 도 95의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 제2 충전 기간의 후반에 있어서, 스위치(Sb2)를 오프로 하고, 스위치(Sd2)가 온인 상태에서 스위치(Sc3)를 온으로 한다. 그리고, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(Cell2)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 96의 파선 화살표로 나타낸다.

그리고, 제3 충전 기간 이후는, 충전 기간의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sb2) 및 캐패시터(C2 내지 CN-1)에 대응하는 스위치를 온으로 하여 그 캐패시터로부터 방전이 행해지고, 셀(Cell3 내지 CellN)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 따라서, 충전 기간(TN)에서는, 충전 기간(TN)의 전반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(Sb2 및 SdN)를 온으로 하여, 캐패시터(CN-1)로부터 방전이 행해지고, 셀(CellN)에 전하를 충전하기 위한 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 충전 전류의 경로를 도 97의 파선 화살표로 나타낸다.

이어서, 충전 기간(TN)의 후반에 있어서, 도시하지 않은 제어 회로는, 스위치(SdN 및 ScN+1)를 온으로 하여, 코일(L1)에 충전된 충전 전류에 의해 셀(CellN)을 충전한다. 충전 전류의 경로를 도 98의 파선 화살표로 나타낸다.

여기서, 도시하지 않은 제어 회로에 의한 제어 내용에 대하여 도 99를 참조하여 설명한다. 도 99는, 도 92에서의 각 스위치에 대해, 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN) 각각에 있어서 도시하지 않은 제어 회로가 온으로 하는 것을 나타내고 있다. 즉, 각 스위치 중, 동 도면 중의 "ON"이라고 기재되어 있는 란에 대응하는 스위치를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온 상태로 하고, 그 이외의 스위치는 오프 상태로 한다.

도 99와 같이, 각 충전 기간(T1 내지 TN)에서, 제1 충전 기간의 전반에서는 스위치(Sa1 및 Sd2)를 온으로 하여 셀(Cell1)을 충전함과 함께 용량(C1)에 전하를 축적하고, 제2 충전 기간 이후의 전반에서는 스위치(Sb2) 및 각 캐패시터에 대응하는 스위치를 온으로 해서 충전 전류를 코일(L1)에 축적한다. 그리고, 각 충전 기간(T1 내지 TN)의 후반에서는, 상술한 바와 같이, 각 셀의 양단에 대응하는 스위치를 온으로 해서 셀(Cell2 내지 CellN)을 충전한다. 이와 같이, 도시하지 않은 제어 회로는, 각 스위치에 대해서, 상기 제1 내지 제N의 충전 기간(T1 내지 TN)과 같이 온으로 하는 제어를 반복해서 행하므로, 1개의 코일(L1)을 사용한 밸런스 충전 회로를 실현할 수 있다.

또한, 셀(Cell1 내지 CellN)의 방전의 억제가 필요할 경우에, 본 실시 형태를 적용할 수 있다.

(방전시의 셀 밸런스 제어 1)

상기 직렬 셀의 밸런스 충전 회로에 의해 충전된 직렬 셀에 대해서는, 방전시 즉 부하 구동시에 있어서, 직렬 셀을 구성하는 특정한 축전 셀에 치우쳐서 방전되면 그 셀의 수명을 단축시키는 경우가 있다. 이로 인해, 직렬 셀의 방전시에 있어서는, 직렬 셀을 구성하는 각 축전 셀의 충전 전압의 밸런스를 잡으면서 방전시키는 것이 바람직하다.

축전 셀의 충전 전압의 밸런스를 잡으면서 방전시키기 위해서는, 충전 전압이 높은 축전 셀 및 충전 전압이 낮은 축전 셀을, 전류 감시 회로에 의해 검색하여, 이하의 동작을 행하면 된다.

예를 들어, 도 33, 도 39, 도 46을 각각 참조하여 설명한 밸런스 충전 회로에 있어서, 전압이 높은 축전 셀을 셀(CellP)(P=1 내지 N) 및 전압이 낮은 축전 셀(CellQ)(Q=1 내지 N, 단 P를 제외함)을 검색하여, 이하의 동작 (1) 및 (2)를 행하여 각 축전 셀 전압의 밸런스를 잡는다.

(1) 충전 기간(Txa)에서 스위치(ScP+1), 스위치(SdP)를 온으로 해서 축전 셀(CellP)로부터 코일(L1)에 전류를 축적한다.

(2) 충전 기간(Txb)에서 스위치(ScQ), 스위치(SdQ+1)를 온으로 해서 기간(Txa)에서 코일(L1)에 축적한 전류로 축전 셀(CellQ)을 충전한다.

즉, 도 100과 같이, 충전 기간(Tx)의 전반의 기간(Txa)에서, 스위치(SdP) 및 스위치(ScP+1)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다. 또한, 충전 기간(Tx)의 후반의 기간(Txb)에서, 스위치(SdQ+1) 및 스위치(ScQ)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다.

(방전시의 셀 밸런스 제어 2)

도 33, 도 39, 도 46을 각각 참조하여 설명한 밸런스 충전 회로에 대해서는, 방전시에 있어서, 전압이 높은 축전 셀을 셀(CellP)(P=1 내지 N) 및 전압이 낮은 축전 셀(CellQ)(Q=1 내지 N, 단 P를 제외함)을 검색하여, 이하와 같이 스위치를 제어하면 된다. 예를 들어, 충전 기간(Tx)의 전반의 기간(Txa)에서, 스위치(ScP) 및 스위치(SdP+1)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 해서, 축전 셀(CellP)로부터 코일(L1)에 전류를 축적한다. 이어서, 충전 기간(Tx)의 후반의 기간(Txb)에서, 스위치(ScQ+1) 및 스위치(SdQ)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 해서, 코일(L1)에 축적한 전류에 의해 축전 셀(CellQ)을 충전한다.

즉, Q>1이면, 도 101과 같이, 충전 기간(Tx)의 전반의 기간(Txa)에서, 스위치(ScP) 및 스위치(SdP+1)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다. 또한, 충전 기간(Tx)의 후반의 기간(Txb)에서, 스위치(SdQ) 및 스위치(ScQ+1)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다. 단, Q=1이면, 도 102와 같이, 충전 기간(Tx)의 후반의 기간(Txb)에서, 스위치(Sb1) 및 스위치(Sc2)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다.

(방전시의 셀 밸런스 제어 3)

도 52를 참조하여 설명한 밸런스 충전 회로에 대해서는, 방전시의 셀 밸런스는 홀수번째의 축전 셀로부터 짝수번째의 축전 셀 또는 그 역으로의 전하 이동으로 제한된다. 전압이 높은 축전 셀(CellP)(P=1 내지 N) 및 전압이 낮은 축전 셀(CellQ)(Q=1 내지 N, 또한, P+Q가 홀수)을 검색하여, 이하의 동작 (1) 및 (2)를 행하여 각 축전 셀 전압의 밸런스를 잡는다.

(1) 충전 기간(Tx)의 전반의 기간(Txa)에서 스위치(SfP-1), 스위치(SfP)를 온으로 해서 축전 셀(CellP)로부터 코일(L1)에 전류를 축적한다.

(2) 충전 기간(Tx)의 후반의 기간(Txb)에서 스위치(SfQ-1), 스위치(SfQ)를 온으로 해서 기간(Txa)에서 코일(L1)에 축적한 전류로 축전 셀(CellQ)을 충전한다.

즉, 도 103과 같이, 충전 기간(Tx)의 전반의 기간(Txa)에서, 스위치(SfP-1) 및 스위치(SfP)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다. 또한, 충전 기간(Tx)의 후반의 기간(Txb)에서, 스위치(SfQ-1) 및 스위치(SfQ)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다.

(방전시의 셀 밸런스 제어 4)

도 63을 참조하여 설명한 밸런스 충전 회로에 대해서는, 방전시에 있어서, 전압이 높은 축전 셀을 셀(CellP)(P=1 내지 N) 및 전압이 낮은 축전 셀(CellQ)(Q=1 내지 N, 단 P를 제외함)을 검색하여, 도 104 내지 도 106과 같이 스위치를 제어하면 된다.

즉, P>1이면, 도 104와 같이, 충전 기간(Tx)의 전반의 기간(Txa)에서, 스위치(SdP) 및 스위치(ScP+1)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다. 또한, 충전 기간(Tx)의 후반의 기간(Txb)에서, 스위치(ScQ) 및 스위치(SdQ+1)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다.

단, P=1이면, 도 105와 같이, 충전 기간(Tx)의 전반의 기간(Txa)에서, 스위치(Sb2) 및 스위치(Sd2)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다. 또한, 충전 기간(Tx)의 후반의 기간(Txb)에서, 스위치(ScQ) 및 스위치(SdQ+1)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다.

또한, Q=1이면, 도 106과 같이, 충전 기간(Tx)의 전반의 기간(Txa)에서, 스위치(SdP) 및 스위치(ScP+1)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다. 또한, 충전 기간(Tx)의 후반의 기간(Txb)에서, 스위치(Sd2) 및 스위치(Sb2)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다.

(방전시의 셀 밸런스 제어 5)

도 85를 참조하여 설명한 밸런스 충전 회로에 대해서는, 방전시에 있어서, 전압이 높은 축전 셀을 셀(CellP)(P=2 내지 N) 및 전압이 낮은 축전 셀(CellQ)(Q=1 내지 N, 단 P를 제외함)을 검색하여, 도 107, 도 108과 같이 스위치를 제어하면 된다.

즉, P>1이면, 도 107과 같이, 충전 기간(Tx)의 전반의 기간(Txa)에서, 스위치(SdP) 및 스위치(ScP+1)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다. 또한, 충전 기간(Tx)의 후반의 기간(Txb)에서, 스위치(ScQ) 및 스위치(SdQ+1)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다.

또한, Q=1이면, 도 108과 같이, 충전 기간(Tx)의 전반의 기간(Txa)에서, 스위치(SdP) 및 스위치(ScP+1)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다. 또한, 충전 기간(Tx)의 후반의 기간(Txb)에서, 스위치(Sd2) 및 스위치(Sb2)를 도시하지 않은 제어 회로에 의해 온으로 한다.

이상 설명한, 도 85를 참조하여 설명한 밸런스 충전 회로에 대해서는, 다이오드(D1)가 설치되어 있다. 이로 인해, P=1인 경우, 방전시에 셀 밸런스를 취하는 것은 불가능하다.

또한, 도 92를 참조하여 설명한 밸런스 충전 회로에 대해서는, 다이오드(D1 내지 DN-1)가 설치되어 있기 때문에, 방전시에 셀 밸런스를 취하는 것은 불가능하다.

(직렬 축전 셀의 밸런스 충전 방법)

상술한 각 실시 형태에 의한 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 회로에서는, 이하의 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 방법이 실현되어 있다. 즉, 입력 단자에 접속된 전원으로부터 전력이 공급되어, 출력 단자와 기준 전압 단자의 사이에 상기 기준 전압 단자부터 순서대로 직렬 접속된 제1 내지 제N(N은 2 이상의 정수, 이하 동일함)의 축전 셀을 밸런스 충전하는 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 방법이며, 코일을, 상기 입력 단자와 상기 기준 전압 단자의 사이에 전기적으로 접속하여, 상기 제k(1≤k≤N)의 축전 셀을 충전하기 위한 충전 전류를 상기 코일에 충전하는 제1 스텝과, 상기 코일을, 상기 제k 축전 셀의 양단에 전기적으로 접속하여, 상기 제1 스텝에서 상기 코일에 충전한 충전 전류를 상기 제k 축전 셀에 충전하는 제2 스텝과, 상기 제1 및 제2 스텝을 반복해서 실행하여, 상기 제1 내지 제N의 축전 셀을 1개씩 충전하는 제3 스텝을 구비한 밸런스 충전 방법이 실현되어 있다. 이 방법을 채용함으로써, 코일을 복수 설치할 필요가 없이, 코일 1개로 직렬 축전 셀을 밸런스 충전할 수 있다.

본 발명의 직렬 셀의 밸런스 충전 회로는, 축전 시스템 등의 분야에서 적절하게 이용할 수 있다.

101, 201, 301, 401, 501 : 입력 단자
102, 202, 302, 402, 502 : 출력 단자
503 : 충전용 제어 회로 504 : 셀 밸런스 회로
C1 내지 CN-1 : 용량 Cell1 내지 CellN : 축전 셀
Control1 내지 Control6 : 제어 회로
D1 내지 DN-1 : 다이오드 L1, L2 : 코일
M1, M2 : 전류 감시 회로 S1 내지 S6 : 스위치

Claims (32)

1. 직렬 접속되고, 직렬 단의 한쪽이 출력 단자에 접속되고, 다른 쪽이 기준 전압 단자에 접속된 제1 축전 셀과 제2 축전 셀을 밸런스 충전하는 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 회로로서,
   상기 제1 축전 셀 및 상기 제2 축전 셀에 공통으로 설치되고, 상기 제1 축전 셀 및 상기 제2 축전 셀을 충전하기 위해 전원으로부터 공급되는 전력을 일시적으로 축적하는 코일과,
   상기 제1 축전 셀 및 상기 제2 축전 셀의 한쪽에 상기 코일을 전기적으로 접속하여 충전하고, 그 후 상기 제1 축전 셀 및 상기 제2 축전 셀의 다른 쪽에 상기 코일을 전기적으로 접속하여 충전하기 위한 스위치부
   를 포함하고,
   상기 스위치부는, 상기 코일에 흐르는 충전 전류의 경로를 전환하는 복수의 스위치로 이루어지고,
   상기 복수의 스위치의 온/오프를 제어하여, 상기 제2 축전 셀을 충전하기 위한 충전 전류를 상기 코일에 충전하는 제1 충전 기간과, 상기 코일에 충전한 충전 전류를 상기 제2 축전 셀에 충전하는 제2 충전 기간과, 상기 제1 축전 셀을 충전하기 위한 충전 전류를 상기 코일에 충전하는 제3 충전 기간과, 상기 코일에 충전한 충전 전류를 상기 제1 축전 셀에 충전하는 제4 충전 기간을 순서대로 반복 설정하는 제어 회로를 더 구비하고,
   상기 제어 회로는, 상기 제1 충전 기간에서, 상기 코일을 통해 상기 기준 전압 단자에 흐르는 충전 전류의 경로를 형성하도록, 상기 복수의 스위치의 온/오프를 제어하고,
   상기 제2 충전 기간에서, 상기 코일로부터 상기 제2 축전 셀에 흐르는 충전 전류의 경로를 형성하도록, 상기 복수의 스위치의 온/오프를 제어하고,
   상기 제3 충전 기간에서, 상기 코일을 통해 상기 기준 전압 단자에 흐르는 충전 전류의 경로를 형성하도록, 상기 복수의 스위치의 온/오프를 제어하고,
   상기 제4 충전 기간에서, 상기 코일의 일단과 상기 제1 축전 셀의 일단을 도통시키고, 상기 코일의 타단과 상기 제1 축전 셀의 타단을 도통시켜, 상기 코일로부터 상기 제1 축전 셀에 흐르는 충전 전류의 경로를 형성하도록, 상기 복수의 스위치의 온/오프를 제어하며,
   상기 복수의 스위치는,
   상기 출력 단자에 일단이 접속된 제1 스위치와,
   입력 단자에 일단이 접속된 제2 스위치와,
   상기 기준 전압 단자에 일단이 접속된 제3 스위치
   로 이루어지고,
   상기 기준 전압 단자에 일단이 접속된 용량과,
   상기 제1 축전 셀과 상기 제2 축전 셀이 접속된 접점에 캐소드가 접속된 다이오드를 더 구비하고,
   상기 코일은,
   상기 제1 스위치의 타단, 상기 제2 스위치의 타단, 상기 제3 스위치의 타단에 일단이 접속되고, 상기 용량의 타단, 상기 다이오드의 애노드에 타단이 접속되고,
   상기 제어 회로는,
   상기 제1 충전 기간에서, 상기 제2 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 및 제3 스위치를 오프로 하고,
   상기 제2 충전 기간에서, 상기 제3 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 및 제2 스위치를 오프로 하고,
   상기 제3 충전 기간에서, 상기 제3 스위치를 온으로 하고, 상기 제1 및 제2 스위치를 오프로 하고,
   상기 제4 충전 기간에서, 상기 제1 스위치를 온으로 하고, 상기 제2 및 제3 스위치를 오프로 하는 것을 특징으로 하는, 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 회로.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어 회로는,
   상기 제2 및 제4 충전 기간 종료시에 상기 코일의 충전 전류가 0이 되도록, 상기 제2 및 제4 충전 기간에서의 스위치를 온으로 하는 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는, 직렬 축전 셀의 밸런스 충전 회로.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
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17. 삭제
18. 삭제
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