KR101975139B1 - 전압 밸런스 보정 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 전압 밸런스 보정 회로는, 직렬로 접속된 복수의 축전 셀 B1∼Bn에 일대일로 대응하는 복수의 전압 보정 회로(11∼1n)와, 복수의 축전 셀 B1∼Bn의 전압에 기초하여 복수의 전압 보정 회로(11∼1n)를 제어하는 제어 회로(10)를 구비하고, 복수의 전압 보정 회로(11∼1n)는 대응하는 축전 셀 B1∼Bn에 병렬로 접속되는 제1 코일 L11∼L1n과, 그 축전 셀 B1∼Bn에 대한 제1 코일 L11∼L1n의 접속을 제어 회로(10)의 제어에 의해 ON/OFF하는 전계 효과 트랜지스터 Q1∼Qn과, 제1 코일 L11∼L1n과 자기적으로 결합하는 제2 코일 L21∼L2n을 포함하고, 복수의 전압 보정 회로(11∼1n)는 제2 코일 L21∼L2n이 병렬로 접속되어 있다.

Description

전압 밸런스 보정 회로
본 발명은 직렬로 접속된 복수의 축전 셀의 각 축전 셀의 전압을 균등하게 하는 전압 밸런스 보정 회로에 관한 것이다.
니켈 수소 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 캐패시터 등의 축전 셀을 복수 직렬로 접속하고, 그 축전 셀에 축적된 전력으로 부하 장치를 구동하는 기술이 여러 분야에서 널리 사용되고 있다. 일반적으로 직렬로 접속된 복수의 축전 셀은, 그 성질상, 반드시 각 축전 셀의 전압이 균등한 상태로 된다고는 할 수 없다. 그리고 직렬로 접속된 복수의 축전 셀은, 각 축전 셀의 전압이 불균등한 상태에 있으면, 충방전을 행할 때에, 일부의 축전 셀이 과충전 혹은 과방전으로 되어 버릴 우려가 발생한다.
이와 같은 과제를 해결하는 종래 기술의 일례로서, 직렬 접속된 복수의 축전 셀과, 동일 자심에 동일 권취수로 권회되어 서로 일대일의 변압비를 이루는 복수의 트랜스포머 코일을, 서로 연동하여 온ㆍ오프 동작하는 스위치를 통해 일대일의 대응으로 접속함으로써, 각 셀의 전압을 균등화시키도록 한 직렬 셀의 전압 밸런스 회로가 공지이다(예를 들어 특허문헌 1을 참조).
또한 상기 과제를 해결하는 종래 기술의 다른 일례로서, 다직렬 축전 셀을 접속순으로 연속하는 복수의 직렬 셀 그룹으로 나누고, 각 셀 그룹 내에서 각각 인접 셀간에서의 전압 밸런스 보정을 행하는 셀간 전압 밸런스 보정 회로를 설치하고, 또한 각 셀 그룹의 직렬 전압을 트랜스포머 코일과 스위칭 회로를 사용하여 형성되는 교류 결합에 의해 밸런스 보정시키는 그룹간 전압 밸런스 보정 회로를 설치한 다직렬 축전 셀이 공지이다(예를 들어 특허문헌 2를 참조).
일본 특허 공개 제2008-005630호 공보 일본 특허 공개 제2008-035680호 공보
그러나 특허문헌 1 및 2에 개시된 종래 기술은, 단일의 코어에 다수의 코일을 감는 구성이기 때문에, 대상으로 되는 축전 셀의 수에 따라서 개별로 설계ㆍ제조해야만 하여, 범용성이 낮다는 과제가 있다. 또한 상기의 종래 기술은, 단일의 코어에 다수의 코일을 감는 구성이기 때문에, 추후에 축전 셀을 증설ㆍ감설하는 것이 곤란한 경우가 많아, 그 규모나 구성을 유연하게 확대ㆍ축소하는 것이 어려운, 즉 스케일러빌리티(scalability)가 낮다는 과제가 있다.
이와 같은 상황을 감안하여 본 발명은 이루어진 것이며, 그 목적은, 높은 범용성 및 스케일러빌리티를 갖는 전압 밸런스 보정 회로를 제공하는 것에 있다.
<본 발명의 제1 형태>
본 발명의 제1 형태는, 직렬로 접속된 복수의 축전 셀의 각 축전 셀에 일대일로 대응하는 복수의 전압 보정 회로와, 상기 복수의 축전 셀의 각 축전 셀의 전압에 기초하여 상기 복수의 전압 보정 회로를 제어하는 제어 회로를 구비하고, 상기 복수의 전압 보정 회로의 각 전압 보정 회로는, 대응하는 축전 셀에 병렬로 접속되는 제1 코일과, 그 축전 셀에 대한 상기 제1 코일의 접속을 상기 제어 회로의 제어에 의해 ON/OFF하는 스위치와, 상기 제1 코일과 자기적으로 결합하는 제2 코일을 포함하고, 상기 복수의 전압 보정 회로는, 각 전압 보정 회로의 상기 제2 코일이 병렬로 접속되어 있는 전압 밸런스 보정 회로이다.
예를 들어 상대적으로 전압이 높은 축전 셀에 대응하는 전압 보정 회로의 스위치의 ON/OFF를 임의의 주기로 반복하고, 상대적으로 전압이 낮은 축전 셀에 대응하는 전압 보정 회로의 스위치를 정류 상태로 유지한다. 여기서 스위치를 정류 상태로 유지한다란, 트랜지스터 등의 반도체 스위치에 있어서, 그 스위치의 ON/OFF 제어를 행하지 않는 상태를 유지하는 것을 의미한다. 트랜지스터 등의 반도체 스위치는, ON/OFF 제어를 행하지 않는 상태에서는, 전압이 정과 부로 교대로 반복되는 교류 전압에 대해, 어느 한쪽의 전압일 때만 전류를 흘리고, 다른 쪽에서는 전류를 흘리지 않는 특성을 갖는다. 이것은 트랜지스터 등의 반도체 스위치에 포함되는 소자에 의한 것이며, 이와 같은 작용을 하는 소자는, 트랜지스터 등의 반도체 스위치의 제조 과정에서 필연적으로 발생하는 것이다.
상대적으로 전압이 높은 축전 셀에 대응하는 전압 보정 회로에서는, 제1 코일의 전압보다도 제2 코일의 전압쪽이 낮아지기 때문에, 축전 셀이 방전하는 전기에너지가 자기 에너지로 변환되어 제1 코일로부터 제2 코일에 전달되고, 제2 코일에 유도 전압이 발생하여 교류 전류가 흐른다. 복수의 전압 보정 회로는, 각 전압 보정 회로의 제2 코일이 병렬로 접속되어 있다. 따라서 상대적으로 전압이 높은 축전 셀에 대응하는 전압 보정 회로의 제2 코일에 교류 전류가 흐름으로써, 상대적으로 전압이 낮은 축전 셀에 대응하는 전압 보정 회로의 제2 코일에도 동일한 전압의 교류 전류가 흐른다. 그렇게 되면 상대적으로 전압이 낮은 축전 셀에 대응하는 전압 보정 회로에서는, 제1 코일의 전압보다도 제2 코일의 전압쪽이 높아지기 때문에, 제2 코일에 흐르는 교류 전류의 전기 에너지가 자기 에너지로 변환되어 제2 코일로부터 제1 코일에 전달되고, 제1 코일에 유도 전압이 발생하고, 그것에 의해 상대적으로 전압이 낮은 축전 셀이 충전된다.
즉 상대적으로 전압이 높은 축전 셀에 대응하는 전압 보정 회로의 스위치의 ON/OFF를 임의의 주기로 반복하고, 상대적으로 전압이 낮은 축전 셀에 대응하는 전압 보정 회로의 스위치를 정류 상태로 유지함으로써, 상대적으로 전압이 높은 축전 셀로부터 상대적으로 전압이 낮은 축전 셀에 전력이 공급된다. 그것에 의해 상대적으로 전압이 높은 축전 셀은 방전되어 전압이 저하되고, 상대적으로 전압이 낮은 축전 셀은 충전되어 전압이 상승하므로, 축전 셀간의 전압차가 작아지고, 최종적으로 각 축전 셀의 전압을 균등하게 할 수 있다.
복수의 전압 보정 회로는, 직렬로 접속된 복수의 축전 셀의 각 축전 셀에 일대일로 대응하고 있다. 그리고 복수의 전압 보정 회로의 각 전압 보정 회로는, 회로간의 전기적인 접속으로서는, 각각의 제2 코일이 병렬로 접속되어 있을 뿐이다. 그 때문에 전압 밸런스 보정 회로의 설계ㆍ제조 시에 있어서는, 대상으로 되는 축전 셀의 수에 맞추어 동일한 수의 전압 보정 회로를 설치하고, 각 전압 보정 회로의 제2 코일을 병렬로 접속하는 것만이어도 된다. 따라서 본 발명에 따른 전압 밸런스 보정 회로는, 대상으로 되는 축전 셀의 수에 따라서 개별로 설계ㆍ제조를 행해야만 하는 요소가 거의 없어, 높은 범용성을 실현할 수 있다.
또한 축전 셀을 추후에 증설하는 경우에는, 그 축전 셀의 수의 증가에 따라서 전압 보정 회로를 증설하고, 증설한 전압 보정 회로의 제2 코일을 기설의 전압 보정 회로의 제2 코일에 병렬로 접속하는 것만이어도 된다. 한편, 축전 셀을 추후에 감설하는 경우에는, 그 축전 셀의 수의 감소에 따라서 전압 보정 회로를 감설하고, 감설하는 전압 보정 회로의 제2 코일의 접속을 철거하는 것만이어도 된다. 따라서 본 발명에 따른 전압 밸런스 보정 회로는, 축전 셀을 추후에 증설ㆍ감설하는 것이 용이하게 가능하여, 높은 스케일러빌리티를 실현할 수 있다.
이에 의해 본 발명의 제1 형태에 따르면, 높은 범용성 및 스케일러빌리티를 갖는 전압 밸런스 보정 회로를 제공할 수 있다는 작용 효과가 얻어진다.
<본 발명의 제2 형태>
본 발명의 제2 형태는, 전술한 본 발명의 제1 형태에 있어서, 상기 제어 회로는, 상기 복수의 전압 보정 회로 중, 상기 복수의 축전 셀의 가장 전압이 높은 축전 셀에 대응하는 전압 보정 회로의 스위치의 ON/OFF를 반복하고, 그 동안, 다른 축전 셀에 대응하는 전압 보정 회로의 스위치를 정류 상태로 유지하는 전압 밸런스 보정 회로이다.
본 발명의 제2 형태에 따르면, 복수의 축전 셀의 가장 전압이 높은 축전 셀이 방전되어 전압이 저하되고, 다른 축전 셀이 충전되어 전압이 상승하므로, 단시간에 효율적으로 복수의 축전 셀의 전압차를 작게 할 수 있다. 그것에 의해 단시간에 효율적으로 복수의 축전 셀의 각 축전 셀의 전압을 균등하게 할 수 있다.
<본 발명의 제3 형태>
본 발명의 제3 형태는, 전술한 본 발명의 제2 형태에 있어서, 상기 제어 회로는, 상기 전압 보정 회로의 스위치를 정류 상태로 유지하는 축전 셀을 각 축전 셀의 전압에 따라서 선택하는 전압 밸런스 보정 회로이다.
본 발명의 제3 형태에 따르면, 복수의 축전 셀의 각 축전 셀의 전압을 균등하게 하는 데 있어서, 축전 셀의 불필요한 충방전을 저감할 수 있으므로, 더 단시간에 효율적으로 복수의 축전 셀의 각 축전 셀의 전압을 균등하게 할 수 있다.
<본 발명의 제4 형태>
본 발명의 제4 형태는, 전술한 본 발명의 제1∼제3 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 복수의 전압 보정 회로의 각 전압 보정 회로는, 대응하는 축전 셀의 전력으로 동작하여 상기 스위치를 ON/OFF하는 스위치 구동 회로를 포함하는 전압 밸런스 보정 회로이다.
본 발명의 제4 형태에 따르면, 대응하는 축전 셀의 전력으로 동작하여 스위치를 ON/OFF하는 스위치 구동 회로가 각 전압 보정 회로에 설치되어 있기 때문에, 스위치를 ON/OFF시키기 위해 외부 전원 장치 등을 설치할 필요가 없으므로, 전압 밸런스 보정 회로의 소형화 및 전력 절약화가 가능해진다.
<본 발명의 제5 형태>
본 발명의 제5 형태는, 전술한 본 발명의 제1∼제4 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 전압 보정 회로는, 상기 제1 코일이 1차 권선, 상기 제2 코일이 2차 권선으로서 구성되는 포워드 방식의 절연형 컨버터 회로인 전압 밸런스 보정 회로이다.
본 발명의 제5 형태에 따르면, 제1 코일(1차 권선)과 제2 코일(2차 권선)의 전류가 흐르는 타이밍이 동일하기 때문에, 제어 회로에 의한 각 스위치의 ON/OFF 제어 타이밍의 설정이 용이해지므로, 보다 고정밀도로 복수의 축전 셀의 각 축전 셀의 전압을 균등하게 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 높은 범용성 및 스케일러빌리티를 갖는 전압 밸런스 보정 회로를 제공할 수 있다는 작용 효과가 얻어진다.
도 1은 다직렬의 고전압 축전 유닛의 주요부를 도시한 회로도.
도 2는 전압 보정 회로의 보다 구체적인 구성의 일례를 도시한 회로도.
도 3은 포워드 방식의 절연형 컨버터 회로를 사용하여 구성한 전압 보정 회로를 구비하는 전압 밸런스 보정 회로의 타이밍차트.
도 4는 전압 보정 회로의 보다 구체적인 구성의 다른 일례를 도시한 회로도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
또한, 본 발명은 이하 설명하는 실시예에 특별히 한정되는 것은 아니고, 특허 청구 범위에 기재된 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능한 것은 물론이다.
도 1은 다직렬의 고전압 축전 유닛의 주요부를 도시한 회로도이다.
다직렬의 고전압 축전 유닛은, 제어 회로(10), 축전 모듈(20), n개의 전압 보정 회로(11∼1n)를 구비한다. 「복수의 축전 셀」로서의 축전 모듈(20)은 직렬로 접속된 n개의 축전 셀 B1∼Bn을 포함한다. 축전 셀 B1∼Bn은, 예를 들어 니켈 수소 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 캐패시터 등의 충방전 가능한 이차 전지 내지 축전 소자이다.
본 발명에 따른 전압 밸런스 보정 회로는, 제어 회로(10)와 n개의 전압 보정 회로(11∼1n)를 포함한다. 「복수의 전압 보정 회로」로서의 전압 보정 회로(11∼1n)는 모두 동일한 회로 구성이며, 직렬로 접속된 n개의 축전 셀 B1∼Bn의 각각에 일대일로 대응한다.
전압 보정 회로(11)는 코일 L11, 코일 L21, 코어 M1, 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor : FET) Q1, 드라이버 DR1을 포함한다. 「제1 코일」로서의 코일 L11은, 대응하는 축전 셀 B1에 병렬로 접속된다. 「스위치」로서의 전계 효과 트랜지스터 Q1은, 그 축전 셀 B1에 대한 코일 L11의 접속을 제어 회로(10)의 제어에 의해 ON/OFF한다. 「제2 코일」로서의 코일 L21은, 자성체로 형성된 코어 M1을 통해 코일 L11과 자기적으로 결합하여 트랜스포머를 구성한다. 「스위치 구동 회로」로서의 드라이버 DR1은, 대응하는 축전 셀 B1의 전력으로 동작하여 전계 효과 트랜지스터 Q1을 ON/OFF한다.
전압 보정 회로(12)는 코일 L12, 코일 L22, 코어 M2, 전계 효과 트랜지스터 Q2, 드라이버 DR2를 포함한다. 「제1 코일」로서의 코일 L12는, 대응하는 축전 셀 B2에 병렬로 접속된다. 「스위치」로서의 전계 효과 트랜지스터 Q2는, 그 축전 셀 B2에 대한 코일 L12의 접속을 제어 회로(10)의 제어에 의해 ON/OFF한다. 「제2 코일」로서의 코일 L22는, 자성체로 형성된 코어 M2를 통해 코일 L12와 자기적으로 결합하여 트랜스포머를 구성한다. 「스위치 구동 회로」로서의 드라이버 DR2는, 대응하는 축전 셀 B2의 전력으로 동작하여 전계 효과 트랜지스터 Q2를 ON/OFF한다.
전압 보정 회로(1n)는 코일 L1n, 코일 L2n, 코어 Mn, 전계 효과 트랜지스터 Qn, 드라이버 DRn을 포함한다. 「제1 코일」로서의 코일 L1n은, 대응하는 축전 셀 Bn에 병렬로 접속된다. 「스위치」로서의 전계 효과 트랜지스터 Qn은, 그 축전 셀 Bn에 대한 코일 L1n의 접속을 제어 회로(10)의 제어에 의해 ON/OFF한다. 「제2 코일」로서의 코일 L2n은, 자성체로 형성된 코어 Mn을 통해 코일 L1n과 자기적으로 결합하여 트랜스포머를 구성한다. 「스위치 구동 회로」로서의 드라이버 DRn은, 대응하는 축전 셀 Bn의 전력으로 동작하여 전계 효과 트랜지스터 Qn을 ON/OFF한다.
그리고 상기와 같은 구성의 전압 보정 회로(11∼1n)에 있어서, 코일 L21∼L2n은 병렬로 접속되어 있다.
코일 L11∼L1n과 코일 L21∼L2n의 권취수비는, 특별히 1 : 1로 한정되는 것은 아니고, 축전 셀 B1∼Bn의 정격 전압이나 특성, 전압 밸런스 보정 회로의 사양 등에 따라서 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어 코일 L21∼L2n에 흐르는 전류를 낮은 전류로 억제하고 싶은 경우에는, 코일 L11∼L1n의 전압보다도 코일 L21∼L2n의 전압쪽이 높아지도록 권취수비를 설정해도 된다. 전계 효과 트랜지스터 Q1∼Qn은, 예를 들어 N채널 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)이지만, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 바이폴라 트랜지스터 등, 다양한 스위칭 소자를 사용할 수 있다. 드라이버 DR1∼DRn은, 예를 들어 컨트롤 단자(ON/OFF 단자)를 구비하는 스위칭 레귤레이터이지만, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니고, 다양한 드라이버 회로를 사용할 수 있다.
또한 전계 효과 트랜지스터 Q1∼Qn은, 축전 셀 B1∼Bn의 정격 전압 이하의 게이트 전압으로 ON하는 소자를 선정하고, 드라이버 DR1∼DRn은, 당해 실시예와 같이, 대응하는 축전 셀 B1∼Bn의 전력으로 동작하는 회로로 하는 것이 바람직하다. 그것에 의해 전계 효과 트랜지스터 Q1∼Qn을 ON/OFF시키기 위해 외부 전원 장치 등을 설치할 필요가 없어지므로, 전압 밸런스 보정 회로의 소형화 및 전력 절약화가 가능해진다.
제어 회로(10)는 예를 들어 공지의 마이컴 제어 회로나 제어 IC(Integrated Circuit)이며, 축전 셀 B1∼Bn의 전압에 기초하여 전압 보정 회로(11∼1n)를 제어한다. 제어 회로(10)는 n개의 입력 단자 IN1∼INn, n개의 출력 단자 OUT1∼OUTn을 포함한다. 입력 단자 IN1에는, 축전 셀 B1의 정극 단자가 접속되어 있다. 입력 단자 IN2에는, 축전 셀 B2의 정극 단자가 접속되어 있다. 입력 단자 INn에는, 축전 셀 Bn의 정극 단자가 접속되어 있다. 출력 단자 OUT1은, 드라이버 DR1의 컨트롤 단자에 접속되어 있다. 출력 단자 OUT2는, 드라이버 DR2의 컨트롤 단자에 접속되어 있다. 출력 단자 OUTn은, 드라이버 DRn의 컨트롤 단자에 접속되어 있다.
또한, 예를 들어 축전 셀 B1∼Bn으로서 니켈 수소 이차 전지를 사용하는 경우에는, 축전 셀 B1∼Bn의 각각에 온도 센서(도시하지 않음)를 더 설치하고, 그 온도 센서의 출력 신호를 제어 회로(10)에 입력하여, 축전 셀 B1∼Bn의 각각의 온도를 제어 회로(10)에 의해 검출하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
여기에서 예를 들어 축전 셀 B1의 전압이 다른 축전 셀 B2∼Bn의 전압보다도 상대적으로 높은 상태인 것으로 한다. 이와 같은 상태에 있어서 제어 회로(10)는 상대적으로 전압이 높은 축전 셀 B1에 대응하는 전압 보정 회로(11)의 전계 효과 트랜지스터 Q1의 ON/OFF를 임의의 주기로 반복하고, 상대적으로 전압이 낮은 축전 셀 B2∼Bn에 대응하는 전압 보정 회로(12∼1n)의 전계 효과 트랜지스터 Q2∼Qn을 정류 상태로 유지한다. 그렇게 되면 상대적으로 전압이 높은 축전 셀 B1에 대응하는 전압 보정 회로(11)에서는, 제1 코일 L11의 전압보다도 제2 코일 L21의 전압쪽이 낮아지기 때문에, 축전 셀 B1이 방전하는 전기 에너지가 자기 에너지로 변환되어 제1 코일 L11로부터 제2 코일 L21에 전달되고, 제2 코일 L21에 유도 전압이 발생하여 교류 전류가 흐른다.
전압 보정 회로(11∼1n)는 제2 코일 L21∼L2n이 병렬로 접속되어 있다. 따라서 상대적으로 전압이 높은 축전 셀 B1에 대응하는 전압 보정 회로(11)의 제2 코일 L21에 교류 전류가 흐름으로써, 상대적으로 전압이 낮은 축전 셀 B2∼Bn에 대응하는 전압 보정 회로(12∼1n)의 제2 코일 L22∼L2n에도 동일한 전압의 교류 전류가 흐른다. 그렇게 되면 상대적으로 전압이 낮은 축전 셀 B2∼Bn에 대응하는 전압 보정 회로(12∼1n)에서는, 제1 코일 L12∼L1n의 전압보다도 제2 코일 L22∼L2n의 전압쪽이 높아지기 때문에, 제2 코일 L22∼L2n에 흐르는 교류 전류의 전기 에너지가 자기 에너지로 변환되어 제2 코일 L22∼L2n으로부터 제1 코일 L12∼L1n에 전달되고, 제1 코일 L12∼L1n에 유도 전압이 발생하고, 그것에 의해 상대적으로 전압이 낮은 축전 셀 B2∼Bn이 충전된다.
즉 상대적으로 전압이 높은 축전 셀 B1에 대응하는 전압 보정 회로(11)의 전계 효과 트랜지스터 Q1의 ON/OFF를 임의의 주기로 반복하고, 상대적으로 전압이 낮은 축전 셀 B2∼Bn에 대응하는 전압 보정 회로(12∼1n)의 전계 효과 트랜지스터 Q2∼Qn을 정류 상태로 유지함으로써, 상대적으로 전압이 높은 축전 셀 B1로부터 상대적으로 전압이 낮은 축전 셀 B2∼Bn에 전력이 공급된다. 그것에 의해 상대적으로 전압이 높은 축전 셀 B1은 방전되어 전압이 저하되고, 상대적으로 전압이 낮은 축전 셀 B2∼Bn은 충전되어 전압이 상승하므로, 축전 셀 B1∼Bn의 사이의 전압차가 작아지고, 최종적으로 축전 셀 B1∼Bn의 전압을 균등하게 할 수 있다.
상기 설명한 구성의 전압 밸런스 보정 회로에 있어서, 전압 보정 회로(11∼1n)는 축전 셀 B1∼Bn의 각각에 일대일로 대응하고 있다. 그리고 전압 보정 회로(11∼1n)는 회로간의 전기적인 접속으로서는, 각각의 제2 코일 L21∼L2n이 병렬로 접속되어 있을 뿐이다. 그 때문에 전압 밸런스 보정 회로의 설계ㆍ제조 시에 있어서는, 대상으로 되는 축전 셀 B1∼Bn의 수에 맞추어 동일한 수의 전압 보정 회로(11∼1n)를 설치하고, 제2 코일 L21∼L2n을 병렬로 접속하는 것만이어도 된다. 따라서 본 발명에 따른 전압 밸런스 보정 회로는, 대상으로 되는 축전 셀 B1∼Bn의 수에 따라서 개별로 설계ㆍ제조를 행해야만 하는 요소가 거의 없어, 높은 범용성을 실현할 수 있다.
또한 축전 셀 B1∼Bn에 새로운 축전 셀 Bx(도시하지 않음)를 추가하는 경우에는, 대응하는 전압 보정 회로(1x)를 증설하고(도시하지 않음), 증설한 전압 보정 회로(1x)의 제2 코일 L2x(도시하지 않음)를 기설의 전압 보정 회로(11∼1n)의 제2 코일 L21∼L2n에 병렬로 접속하는 것만이어도 된다(x=n+1). 한편, 축전 셀 B1∼Bn으로부터 축전 셀 Bn을 철거하여 추후에 감설하는 경우에는, 감설하는 전압 보정 회로(1n)의 제2 코일 L2n의 접속을 철거하는 것만이어도 된다. 따라서 본 발명에 따른 전압 밸런스 보정 회로는, 축전 셀 B1∼Bn을 추후에 증설ㆍ감설하는 것이 용이하게 가능하여, 높은 스케일러빌리티를 실현할 수 있다.
이와 같이 하여 본 발명에 따르면, 높은 범용성 및 스케일러빌리티를 갖는 전압 밸런스 보정 회로를 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 전압 보정 회로(11∼1n)의 회로간의 전기적인 접속은, 각각의 제2 코일 L21∼L2n이 병렬로 접속되어 있을 뿐이기 때문에, 예를 들어 전압 보정 회로(11∼1n)를 복수의 회로 기판에 분산하여 실장하는 구성도 용이하게 가능해짐과 함께, 또한 제2 코일 L21∼L2n의 접속 순서에 아무런 제약이 없기 때문에, 전압 보정 회로(11∼1n)의 레이아웃에 대하여 높은 자유도가 얻어진다.
도 2는 전압 보정 회로(11)의 보다 구체적인 구성의 일례를 도시한 회로도이다.
전압 보정 회로(11∼1n)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 예를 들어 포워드 방식의 절연형 컨버터 회로를 사용한 구성으로 할 수 있다. 이하, 도 2에 도시한 전압 보정 회로(11)를 참조하면서 설명한다.
전압 보정 회로(11)는 전술한 코일 L11, 코일 L21, 코어 M1, 전계 효과 트랜지스터 Q1 및 드라이버 DR1에 더하여, 콘덴서 C11, C21, 다이오드 D11, D21, 초크 코일 L31을 더 포함한다.
코일 L11은, 콘덴서 C11의 일단측에 권취 개시단이 접속되어 있고, 전계 효과 트랜지스터 Q1의 드레인 단자에 권취 종료단이 접속되어 있다. 콘덴서 C11의 타단측은, 전계 효과 트랜지스터 Q1의 소스 단자에 접속되어 있다. 전계 효과 트랜지스터 Q1의 게이트 단자는, 드라이버 DR1에 접속되어 있다. 코일 L21은, 초크코일 L31의 일단측에 권취 개시단이 접속되어 있고, 다이오드 D11의 캐소드에 권취 종료단이 접속되어 있다.
다이오드 D11의 애노드는, 다이오드 D21의 애노드에 접속되어 있다. 다이오드 D21의 캐소드는, 초크 코일 L31의 일단측과 코일 L21의 권취 개시단의 접속점에 접속되어 있다. 콘덴서 C21의 일단측은, 초크 코일 L31의 타단측에 접속되어 있다. 콘덴서 C21의 타단측은, 다이오드 D11의 애노드와 다이오드 D21의 애노드의 접속점에 접속되어 있다.
도 2는 전압 보정 회로(11∼1n)를 포워드 방식으로 구성한 경우의 일례이다. 코일 L11∼L1n(1차 권선)과 코일 L21∼L2n(2차 권선)의 전류가 흐르는 타이밍이 동일하기 때문에, 제어 회로(10)에 의한 전계 효과 트랜지스터 Q1∼Qn의 ON/OFF 제어 타이밍의 설정이 용이해지므로, 보다 고정밀도로 축전 셀 B1∼Bn의 전압을 균등하게 할 수 있다.
도 3은 포워드 방식의 절연형 컨버터 회로를 사용하여 구성한 전압 보정 회로(11∼1n)를 구비하는 전압 밸런스 보정 회로의 타이밍차트이다.
여기서 축전 셀 B1∼Bn에 있어서, 예를 들어 축전 셀 B1이 가장 높은 전압으로 되어 있는 것으로 한다. 이 경우에는 제어 회로(10)는 예를 들어 가장 전압이 높은 축전 셀 B1에 대응하는 전압 보정 회로(11)의 전계 효과 트랜지스터 Q1의 ON/OFF를 반복하고, 그 동안, 다른 축전 셀 B2∼Bn에 대응하는 전압 보정 회로(12∼1n)의 전계 효과 트랜지스터 Q2∼Qn을 정류 상태로 유지하는 것이 바람직하다. 그것에 의해 가장 전압이 높은 축전 셀 B1이 방전되어 전압이 저하되고, 다른 축전 셀 B2∼Bn이 충전되어 전압이 상승하므로, 단시간에 효율적으로 축전 셀 B1∼Bn의 전압을 균등하게 할 수 있다.
또한 상기의 경우에 있어서 제어 회로(10)는, 예를 들어 가장 전압이 높은 축전 셀 B1에 대응하는 전압 보정 회로(11)의 전계 효과 트랜지스터 Q1의 ON/OFF를 반복하는 동안, 축전 셀 B2∼Bn의 전압에 따라서, 전계 효과 트랜지스터 Q2∼Qn 중에서 선택한 전계 효과 트랜지스터(예를 들어 전계 효과 트랜지스터 Q2)를 정류 상태로 유지하는 것이 바람직하다. 그것에 의해 축전 셀 B1∼Bn의 전압을 균등하게 하는 데 있어서, 축전 셀 B1∼Bn의 불필요한 충방전을 저감할 수 있으므로, 더 단시간에 효율적으로 축전 셀 B1∼Bn의 전압을 균등하게 할 수 있다.
보다 구체적으로는 제어 회로(10)는 축전 셀 B1∼Bn의 각각의 전압을 검출하고, 축전 셀 B1∼Bn의 평균 전압을 연산한다. 그리고 가장 전압이 높은 축전 셀 B1에 대응하는 전압 보정 회로(11)의 전계 효과 트랜지스터 Q1의 ON/OFF를 임의의 주기로 반복하는 동작을 개시한다(도 3의 타이밍 T1). 동시에 제어 회로(10)는 다른 축전 셀 B2∼Bn 중, 평균 전압보다 전압이 낮은 축전 셀 B2에 대응하는 전압 보정 회로(12)의 전계 효과 트랜지스터 Q2를 정류 상태로 유지하는 동작을 개시한다(도 3의 타이밍 T1).
가장 전압이 높은 축전 셀 B1은, 전계 효과 트랜지스터 Q1이 ON하는 타이밍에서 방전되고, 그것에 의해 전압이 저하되어 간다. 한편, 평균 전압보다도 전압이 낮은 축전 셀 B2는, 전계 효과 트랜지스터 Q1이 ON하는 타이밍에서 충전되고, 그것에 의해 전압이 상승해 간다. 그리고 제어 회로(10)는 축전 셀 B1의 전압이 평균 전압까지 저하되고, 축전 셀 B2의 전압이 평균 전압까지 상승한 시점에서(도 3의 타이밍 T2), 전계 효과 트랜지스터 Q1 및 Q2를 OFF한 상태로 유지한다.
도 4는 전압 보정 회로(11)의 보다 구체적인 구성의 다른 일례를 도시한 회로도이다.
전압 보정 회로(11∼1n)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 예를 들어 플라이백 방식의 절연형 컨버터 회로를 사용한 구성으로 할 수 있다. 이하, 도 4에 도시한 전압 보정 회로(11)를 참조하면서 설명한다.
전압 보정 회로(11)는 전술한 코일 L11, 코일 L21, 코어 M1, 전계 효과 트랜지스터 Q1 및 드라이버 DR1에 더하여, 콘덴서 C11, C21, 다이오드 D11을 더 포함한다.
코일 L11은, 콘덴서 C11의 일단측에 권취 개시단이 접속되어 있고, 전계 효과 트랜지스터 Q1의 드레인 단자에 권취 종료단이 접속되어 있다. 콘덴서 C11의 타단측은, 전계 효과 트랜지스터 Q1의 소스 단자에 접속되어 있다. 전계 효과 트랜지스터 Q1의 게이트 단자는, 드라이버 DR1에 접속되어 있다. 코일 L21은, 다이오드 D11의 캐소드에 권취 개시단이 접속되어 있고, 콘덴서 C21의 일단측에 권취 종료단이 접속되어 있다. 다이오드 D11의 애노드는, 콘덴서 C21의 타단측에 접속되어 있다.
10 : 제어 회로
11∼1n : 전압 보정 회로
20 : 축전 모듈
B1∼Bn : 축전 셀
DR1∼DRn : 드라이버
L11∼L1n : 제1 코일
L21∼L2n : 제2 코일
M1∼Mn : 코어
Q1∼Qn : 전계 효과 트랜지스터

Claims (5)

  1. 직렬로 접속된 복수의 축전 셀의 각 축전 셀에 일대일로 대응하는 복수의 전압 보정 회로와,
    상기 복수의 축전 셀의 각 축전 셀의 전압에 기초하여 상기 복수의 전압 보정 회로를 제어하는 제어 회로를 구비하고,
    상기 복수의 전압 보정 회로의 각 전압 보정 회로는, 대응하는 축전 셀에 병렬로 접속되는 제1 코일과, 그 축전 셀에 대한 상기 제1 코일의 접속을 상기 제어 회로의 제어에 의해 ON/OFF하는 스위치와, 상기 제1 코일과 자기적으로(magnetically) 결합하는 제2 코일을 포함하고,
    상기 복수의 전압 보정 회로는, 각 전압 보정 회로의 상기 제2 코일이 병렬로 접속되어 있고,
    상기 복수의 전압 보정 회로의 각 전압 보정 회로는, 대응하는 축전 셀의 전력으로 동작하여 상기 스위치를 ON/OFF하는 스위치 구동 회로를 포함하고,
    상기 제어 회로는, 상기 복수의 전압 보정 회로 중, 상기 복수의 축전 셀의 가장 전압이 높은 축전 셀에 대응하는 전압 보정 회로의 스위치의 ON/OFF를 반복하고, 그 동안, 다른 축전 셀에 대응하는 전압 보정 회로의 스위치를 정류 상태로 유지하는 전압 밸런스 보정 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 전압 보정 회로의 스위치를 정류 상태로 유지하는 축전 셀을 각 축전 셀의 전압에 따라서 선택하는 전압 밸런스 보정 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압 보정 회로는, 상기 제1 코일이 1차 권선, 상기 제2 코일이 2차 권선으로서 구성되는 포워드 방식 또는 플라이백(flyback) 방식의 절연형 컨버터 회로인 전압 밸런스 보정 회로.
  4. 삭제
  5. 삭제
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