KR20120062636A - 셀 밸런스 장치 및 배터리 시스템 - Google Patents

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세이코 인스트루 가부시키가이샤
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    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits

Abstract

(과제)
셀 밸런스 능력이 높고 셀 밸런스 속도가 빠른, 고내압 프로세스를 필요로 하지 않는 셀 밸런스 장치, 및 배터리 시스템을 제공한다.
(해결 수단)
셀 밸런스 장치를, 2 차 전지와 접속하는 3 개의 단자와, 전압 유지 장치와 접속하는 1 개의 단자와, 그 사이에 형성한 3 개의 스위치와, 동기 신호의 수신 단자 및 송신 단자로 구성하였다. 또, 2 차 전지와 접속하는 4 개의 단자와, 전압 유지 장치와 접속하는 2 개의 단자와, 그 사이에 형성한 6 개의 스위치와, 동기 신호의 수신 단자 및 송신 단자로 구성하였다. 배터리 시스템을, 복수의 2 차 전지와, 복수의 전압 유지 장치와, 복수의 셀 밸런스 장치와, 클록 발생 회로로 구성하였다.

Description

셀 밸런스 장치 및 배터리 시스템{CELL BALANCE APPARATUS AND BATTERY SYSTEM}
본 발명은, 직렬로 접속된 2 차 전지의 셀 밸런스를 잡는 셀 밸런스 장치 및 배터리 시스템에 관한 것으로, 특히, 저렴한 구성으로 셀 밸런스를 잡는 속도를 향상시킬 수 있는 셀 밸런스 장치 및 배터리 시스템에 관한 것이다.
도 7 에, 종래의 셀 밸런스 조정 회로의 회로도를 나타낸다. 종래의 셀 밸런스 조정 회로를 구비한 셀 밸런스 장치는, 기본이 되는 2 차 전지 셀 (이하, 셀이라고 칭한다) (401?406) 을 복수 직렬 접속한 세트 (組) 전지의 부분과, 각 셀의 접속 부분에 일방의 접점을 접속한 스위치 (411?462) 를 형성하고 있다. 스위치 (411, 421, 431, 441, 451, 461) 의 타방의 접점은, 전압 유지 장치인 콘덴서 (407) 의 일방의 전극에 접속하고, 스위치 (412, 422, 432, 442, 452, 462) 의 셀측이 아닌 접점은 전압 유지 장치 (407) 의 다른 전극에 접속하고 있다. 세트 전지의 양단에는, 부하 회로 또는 충전 회로 (408) 가 접속된다.
각 스위치의 개폐 신호는, 스위치 (411) 와 스위치 (412) 가 동시에 동작하도록 접속되어 있다. 마찬가지로, 스위치 (421) 와 스위치 (422), 스위치 (431) 와 스위치 (432), 스위치 (441) 와 스위치 (442), 스위치 (451) 와 스위치 (452), 스위치 (461) 와 스위치 (462) 가 각각 대응한 2 개를 1 세트로 한 스위치로서 동시에 개폐 동작하는 신호가 접속되게 되어 있다. 또, 스위치 개폐 신호는, 스위치 (411) 와 스위치 (412) 를 온 오프→스위치 (421) 와 스위치 (422) 를 온 오프→스위치 (431) 와 스위치 (432) 를 온 오프→스위치 (441) 와, 스위치 (442) 를 온 오프→스위치 (451) 와 스위치 (452) 를 온 오프→스위치 (461) 와 스위치 (462) 를 온 오프와 순차 접속의 온 오프를 실시한다. 스위치 (461) 와 스위치 (462) 의 온 오프를 종료하면, 최초의 스위치 (411) 와 스위치 (412) 의 온 오프 동작으로 되돌아와, 반복하여 스위치의 개폐를 계속적으로 실시하는 개폐 신호를 각각의 스위치의 제어부에 접속하고 있다.
다음으로, 동작에 대해 설명한다. 직렬 접속되어 인접하고 있는 셀과 전압 유지 장치 (407) 사이에 병렬 접속을 형성하면서 스위치의 전환을 일 방향으로 순차 주사함으로써, 직렬 접속되어 모든 셀과 전압 유지 장치 (407) 사이에 순차 병렬 접속을 형성한다. 그리고, 제어 대상이 되는 세트 전지 내의 모든 셀과의 병렬 접속의 형성을 완료한 후, 최초의 셀로 되돌아와 동일한 전환 동작을 반복하여 실시함으로써 셀 밸런스를 조정하고 있다.
스위치 411 과 412 는 동시에 개폐 동작을 하는 신호를 받는 구성으로 되어 있고, 스위치 (421) 와 스위치 (422) 도 동시에 개폐 동작을 하는 구성으로 되어 있다. 이하 동일하게 스위치 (431) 와 스위치 (432), 스위치 (441) 와 스위치 (442), 스위치 (451) 와 스위치 (452), 스위치 (461) 와 스위치 (462) 의 각 스위치의 조합에 있어서 동시에 개폐 동작을 실시하고 있다. 스위치 (411) 와 스위치 (412) 로부터 개폐가 순차 진행되어, 스위치 (461) 와 스위치 (462) 의 개폐가 종료된 후에는, 재차 스위치 (411) 와 스위치 (412) 의 개폐를 개시하고, 이 동작을 순차 반복해 간다. 모든 셀에 있어서 밸런스 상태가 유지되어 셀의 전압이 동일한 경우에는, 전압 유지 장치 (407) 와 셀 사이에서는 전하의 수수 (受渡) 는 발생하지 않는다. 각 스위치의 개폐 동작이 실시되어도 개개의 셀 상태에는 어떠한 영향을 받는 경우는 없다. 한편, 셀의 밸런스가 어긋나 있는 경우에는, 밸런스 조정 기능을 발휘한다.
일본 공개특허공보 2001-178008호
그러나 종래의 기술에서는, 밸런스를 잡아야 할 셀 수에 대해 전압 유지 장치 (콘덴서) 가 1 개밖에 없기 때문에, 배터리 시스템의 밸런스 능력이 낮다는 (밸런스 속도가 늦다는) 과제가 있었다. 또한 셀 밸런스 장치에 접속하는 2 차 전지 수가 증가하면, 셀 밸런스 장치에 가해지는 전압이 높아지므로, 셀 밸런스 장치를 고내압 프로세스로 제조할 필요가 있기 때문에, 비용이 높아진다는 과제가 있었다.
본 발명은, 이상과 같은 과제를 해결하기 위해서 고안된 것으로, 셀 밸런스 능력을 높일 수 있고, 고내압 프로세스를 필요로 하지 않는 셀 밸런스 장치 및 배터리 시스템을 제공하는 것이다.
종래의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 셀 밸런스 장치, 및 배터리 시스템은 이하와 같은 구성으로 하였다.
직렬로 접속된 복수의 축전기의 셀 밸런스를 조정하는 배터리 시스템을 구성하는 셀 밸런스 장치로서, 상기 셀 밸런스 장치는, 상기 직렬로 접속된 복수의 축전기의 접속점 또는 양단이 접속되는 복수의 축전기 접속 단자와, 전압 유지 장치가 접속되는 전압 유지 장치 접속 단자와, 상기 복수의 축전기 접속 단자와 상기 전압 유지 장치 사이에 형성된 복수의 스위치 회로와, 동기 신호를 수신하는 수신 단자와, 상기 동기 신호를 송신하는 송신 단자와, 상기 동기 신호에 기초하여 상기 복수의 스위치 회로의 온 오프를 제어하는 제어 회로를 구비하고, 상기 제어 회로는, 상기 동기 신호를 수신하면, 상기 복수의 스위치 회로를 순차적으로 온 오프 제어하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 장치, 및 그 셀 밸런스 장치를 구비한 배터리 시스템.
본 발명에 의하면, 이하와 같은 효과를 갖는 배터리 시스템을 제공할 수 있다.
배터리 시스템의 셀 밸런스 능력을 높일 수 있다. 또, 2 차 전지의 수가 변동해도, 거기에 대응한 배터리 시스템을 용이하게 설계할 수 있다. 또, 고내압 프로세스를 필요로 하지 않기 때문에, 배터리 시스템의 비용을 낮게 할 수 있다.
도 1 은, 제 1 실시형태의 셀 밸런스 장치를 구비한 배터리 시스템의 회로도이다.
도 2 는, 제 1 실시형태의 셀 밸런스 장치의 회로도이다.
도 3 은, 제 1 실시형태의 셀 밸런스 장치의 신호의 타이밍 차트를 나타낸 도면이다.
도 4 는, 제 2 실시형태의 셀 밸런스 장치를 구비한 배터리 시스템의 회로도이다.
도 5 는, 제 2 실시형태의 셀 밸런스 장치의 회로도이다.
도 6 은, 제 2 실시형태의 셀 밸런스 장치의 신호의 타이밍 차트를 나타낸 도면이다.
도 7 은, 종래의 셀 밸런스 조정 회로를 구비한 셀 밸런스 장치의 회로도이다.
도 8 은, 제 ３ 실시형태의 셀 밸런스 장치를 구비한 배터리 시스템의 회로도이다.
도 9 는, 제 ３ 실시형태의 셀 밸런스 장치의 회로도이다.
도 10 은, 제 ３ 실시형태의 셀 밸런스 장치의 신호의 타이밍 차트를 나타낸 도면이다.
도 11 은, 제 ４ 실시형태의 셀 밸런스 장치를 구비한 배터리 시스템의 회로도이다.
도 12 는, 제 ４ 실시형태의 셀 밸런스 장치의 회로도이다.
도 13 은, 제 ４ 실시형태의 셀 밸런스 장치의 신호의 타이밍 차트를 나타낸 도면이다.
<제 1 실시형태>
도 1 은, 제 1 실시형태의 셀 밸런스 장치를 구비한 배터리 시스템의 회로도이다. 도 2 는, 제 1 실시형태의 셀 밸런스 장치의 회로도이다.
제 1 실시형태의 배터리 시스템 (10) 은, 클록 발생 회로 (102), 직렬 접속된 n＋1 개의 2 차 전지 (A1?An＋1), n 개의 셀 밸런스 장치 (B1?Bn), n-1 개의 전압 유지 장치 (콘덴서) (C1?Cn-1) 와, 충전기 (101) 나 부하가 접속되는 외부 단자를 구비하고 있다 (n 은 2 이상의 정수).
1 번째의 셀 밸런스 장치 (B1) 는, 스위치 회로 (S11, S21, S31) 와, 제어 회로 (201) 와, 단자 (T11, T21, T31, T41, T51, T61) 로 구성되어 있다. 다른 셀 밸런스 장치 (B2?Bn) 도 동일하다.
셀 밸런스 장치 (B1) 는, 단자 (T11) 가 2 차 전지 (A1) 의 부극에 접속되고, 단자 (T21) 가 2 차 전지 (A1) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (B2) 의 단자 (T12) 에 접속되고, 단자 (T31) 가 2 차 전지 (A2) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (B2) 의 단자 (T22) 에 접속되고, 단자 (T41) 가 전압 유지 장치 (C1) 의 일방의 단자에 접속되고, 단자 (T51) 가 클록 발생 회로 (102) 의 출력에 접속되고, 단자 (T61) 가 셀 밸런스 장치 (B2) 의 단자 (T52) 에 접속된다. 셀 밸런스 장치 (B2) 는, 단자 (T22) 가 셀 밸런스 장치 (B3) 의 단자 (T13) 에 접속되고, 단자 (T32) 가 2 차 전지 (A3) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (B3) 의 단자 (T23) 에 접속되고, 단자 (T42) 가 전압 유지 장치 (C2) 의 일방의 단자 및 전압 유지 장치 (C1) 의 타방의 단자에 접속되고, 단자 (T62) 가 셀 밸런스 장치 (B3) 의 단자 (T53) 에 접속된다. 그리고, n-1 번째의 셀 밸런스 장치 (Bn-1) 까지는, 셀 밸런스 장치 (B2) 와 동일하게 접속된다. 셀 밸런스 장치 (Bn) 는, 단자 (T1n) 가 2 차 전지 (An) 의 부극에 접속되고, 단자 (T2n) 가 2 차 전지 (An) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (Bn-1) 의 단자 (T3n-1) 에 접속되고, 단자 (T3n) 가 2 차 전지 (An＋1) 의 정극에 접속되고, 단자 (T4n) 가 전압 유지 장치 (Cn-1) 에 접속된다.
셀 밸런스 장치 (B1) 는, 스위치 회로 (S11) 가 단자 (T11) 및 단자 (T41) 에 접속되고, 스위치 회로 (S21) 가 단자 (T21) 및 단자 (T41) 에 접속되고, 스위치 회로 (S31) 가 단자 (T31) 및 단자 (T41) 에 접속된다. 스위치 회로 (S11, S12, S13) 는, 제어 회로 (201) 의 신호에 의해 온 오프 제어된다. 다른 셀 밸런스 장치 (B2?Bn) 도 동일하게 접속된다.
다음으로, 제 1 실시형태의 배터리 시스템 (10) 의 동작에 대해 설명한다. 도 3 은, 제 1 실시형태의 셀 밸런스 장치의 신호의 타이밍 차트를 나타낸 도면이다.
시각 t0 에 있어서, 배터리 시스템 (10) 의 외부 단자에 충전기 (101) 가 접속되면, 클록 발생 회로 (102) 는 클록 신호 (CLK) 를 출력한다. 셀 밸런스 장치 (B1) 는, 단자 (T51) 에 클록 신호 (CLK) 를 수신하면, 제어 회로 (201) 가 클록 신호 (CLK) 에 동기하여 스위치 회로 (S11?S31) 를 온하는 신호를 발생시키고, 순차 출력한다. 또, 제어 회로 (201) 는, 클록 신호 (CLK) 를 단자 (T61) 에 출력한다. 다음의 셀 밸런스 장치 (B2) 는, 단자 (T52) 에 셀 밸런스 장치 (B1) 로부터 클록 신호 (CLK) 를 수신한다. 이와 같이 하여, 클록 신호 (CLK) 는, 셀 밸런스 장치 (Bn) 까지 전달되어, 모든 셀 밸런스 장치 (B1?Bn) 는 동기를 취할 수 있다. 따라서, 스위치 회로 (S11?S1n) 와 스위치 회로 (S21?S2n) 와 스위치 회로 (S31?S3n) 는, 동기하여 순차적으로 온되도록 제어된다.
시각 t1 에 있어서, 스위치 회로 (S11?S1n) 가 모두 온되고, 스위치 회로 (S21?S2n) 와 스위치 회로 (S31?S3n) 가 모두 오프되면, 2 차 전지 (A1?An-1) 는 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 와 각각 병렬 접속된다. 그리고, 2 차 전지 (A1?An-1) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 는, 각각 방전 혹은 충전을 실시한다.
시각 t2 에 있어서, 스위치 회로 (S21?S2n) 가 모두 온되고, 스위치 회로 (S11?S1n) 와 스위치 회로 (S31?S3n) 가 모두 오프되면, 2 차 전지 (A2?An) 는 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 와 각각 병렬 접속된다. 그리고, 2 차 전지 (A2?An) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 는, 각각 방전 혹은 충전을 실시한다.
시각 t3 에 있어서, 스위치 회로 (S31?S3n) 가 모두 온되고, 스위치 회로 (S11?S1n) 와 스위치 회로 (S21?S2n) 가 모두 오프되면, 2 차 전지 (A3?An＋1) 는 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 와 각각 병렬 접속된다. 그리고, 2 차 전지 (A3?An＋1) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 는, 각각 방전 혹은 충전을 실시한다.
그리고, 모든 셀 밸런스 장치 (B1?Bn) 는, 3 클록을 일주기로 하여 동일한 동작을 반복한다.
그리고, 배터리 시스템 (10) 의 외부 단자로부터 충전기 (101) 가 분리되면, 클록 발생 회로 (102) 는 클록 신호 (CLK) 의 출력을 정지시켜, 셀 밸런스의 동작을 종료한다.
이와 같이 하여, 2 차 전지 (A1?An＋1) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 사이에서 충방전을 반복함으로써, 2 차 전지 (A1?An＋1) 의 전압을 평균화하여, 전압의 편차를 감소시킬 수 있다. 그리고, 밸런스를 취해야 할 2 차 전지 수에 따라 복수의 전압 유지 장치를 구비한 구성으로 했기 때문에, 셀 밸런스 장치의 밸런스 능력을 높일 수 있다 (밸런스를 잡는 속도를 빠르게 할 수 있다).
또, 셀 밸런스 장치 및 전압 유지 장치를 세로로 쌓아 셀 밸런스 시스템을 구성했으므로, 2 차 전지의 수의 증감에 대해 간단하게 대응할 수 있다. 그리고, 2 차 전지의 수가 증가해도, 1 개의 셀 밸런스 장치에 접속되는 2 차 전지 수는 변하지 않으므로, 셀 밸런스 장치는 고내압 프로세스를 필요로 하지 않고, 제조 비용을 저렴하게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 축전기로서 2 차 전지를 구비한 배터리 시스템 (10) 으로서 설명했지만, 축전기는 전기 2 중층 캐패시터나 콘덴서여도 동일하게 구성할 수 있다.
또, 배터리 시스템 (10) 에 충전기 (101) 가 접속되었을 때에 셀 밸런스 동작을 실시하는 구성으로서 설명했지만, 2 차 전지의 과방전을 검출했을 때에 셀 밸런스 동작을 실시하도록 구성해도 된다. 배터리 시스템 (10) 은, 2 차 전지의 과방전시에 셀 밸런스를 취함으로써, 동작 시간을 길게 할 수 있다.
또, 셀 밸런스 장치 (B1?Bn) 의 동기를 취하는 방법으로서, 클록 신호 (CLK) 를 송수신하는 구성으로 했지만, 이 방법에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 셀 밸런스 장치 (B1?Bn) 에 클록 신호 (CLK) 를 병렬로 입력해도 된다. 또, 클록 신호 (CLK) 는, 주기의 첫 1 클록째의 파고값 (波高値) 을 높게 하거나, 또는 duty 를 변화시키는 등 다른 펄스와 사양이 다른 펄스로 하여 주기마다의 동기를 취해도 된다. 또, 클록 신호 (CLK) 는, 상기한 다른 펄스와 사양이 다른 리셋 펄스를 삽입하여, 주기마다의 동기를 취해도 된다. 또, 클록 발생 회로 (102) 는, 주기의 동기를 취하는 신호와 클록 신호 (CLK) 를 출력 구성으로 하고, 셀 밸런스 장치 (B1?Bn) 는, 주기의 동기를 취하는 신호와 클록 신호 (CLK) 를 입력하는 구성으로 해도 된다. 또, 클록 발생 회로 (102) 는, 주기의 동기를 취하는 신호를 출력하고, 셀 밸런스 장치 (B1?Bn) 는, 주기의 동기를 취하는 신호에 의해 스위치 회로를 온하는 신호를 발생시키는 구성으로 해도 된다.
이상으로 설명한 바와 같이, 제 1 실시형태의 셀 밸런스 장치를 구비한 배터리 시스템에 의하면, 셀 밸런스 장치의 밸런스 능력을 높일 수 있기 때문에, 빠르게 셀 밸런스를 잡을 수 있다. 또, 2 차 전지의 수가 증가해도, 1 개의 셀 밸런스 장치에 접속되는 2 차 전지 수는 변하지 않으므로, 고내압 프로세스를 필요로 하지 않기 때문에 제조 비용을 저렴하게 할 수 있다. 그리고, 2 차 전지의 수의 증감에 대해 간단하게 대응할 수 있다.
<제 2 실시형태>
도 4 는, 제 2 실시형태의 셀 밸런스 장치를 구비한 배터리 시스템의 회로도이다. 도 5 는, 제 2 실시형태의 셀 밸런스 장치의 회로도이다. 제 1 실시형태와의 차이는, 셀 밸런스 장치에 사용되는 스위치 회로의 수를 늘리고, 그것에 대응하여 배터리 시스템의 배선을 변경한 점이다.
제 2 실시형태의 배터리 시스템 (11) 은, 클록 발생 회로 (102a), 직렬 접속된 2n＋1 개의 2 차 전지 (A1?A2n＋1), n 개의 셀 밸런스 장치 (D1?Dn), 2n-1 개의 전압 유지 장치 (콘덴서) (C1?C2n-1) 를 구비하고 있다 (n 은 2 이상의 정수).
1 번째의 셀 밸런스 장치 (D1) 는, 스위치 회로 (S111, S121, S131, S141, S151, S161) 와, 제어 회로 (201) 와, 단자 (T111, T121, T131, T141, T151, T161, T171, T181) 로 구성되어 있다. 다른 셀 밸런스 장치 (D2?Dn) 도 동일하다.
셀 밸런스 장치 (D1) 는, 단자 (T111) 가 2 차 전지 (A1) 의 부극에 접속되고, 단자 (T121) 가 2 차 전지 (A1) 의 정극에 접속되고, 단자 (T131) 가 2 차 전지 (A2) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (D2) 의 단자 (T112) 에 접속되고, 단자 (T141) 가 2 차 전지 (A3) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (D2) 의 단자 (T122) 에 접속되고, 단자 (T171) 가 전압 유지 장치 (C1) 의 일방의 단자에 접속되고, 단자 (T181) 가 전압 유지 장치 (C1) 의 타방의 단자 및 전압 유지 장치 (C2) 의 일방의 단자에 접속되고, 단자 (T151) 가 클록 발생 회로 (102a) 의 출력에 접속되고, 단자 (T161) 가 셀 밸런스 장치 (D2) 의 단자 (T152) 에 접속된다.
셀 밸런스 장치 (D2) 는, 단자 (T112) 가 2 차 전지 (A3) 의 부극에 접속되고, 단자 (T122) 가 2 차 전지 (A3) 의 정극에 접속되고, 단자 (T132) 가 2 차 전지 (A4) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (D3) 의 단자 (T113) 에 접속되고, 단자 (T142) 가 2 차 전지 (A5) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (D3) 의 단자 (T123) 에 접속되고, 단자 (T172) 가 전압 유지 장치 (C2) 의 타방의 단자 및 전압 유지 장치 (C3) 의 일방의 단자에 접속되고, 단자 (T182) 가 전압 유지 장치 (C3) 의 타방의 단자 및 전압 유지 장치 (C4) 의 일방의 단자에 접속되고, 단자 (T152) 가 셀 밸런스 장치 (D1) 의 단자 (T161) 에 접속되고, 단자 (T162) 가 셀 밸런스 장치 (D3) 의 단자 (T153) 에 접속된다.
그리고, 셀 밸런스 장치 (Dn) 는, 단자 (T11n) 가 2 차 전지 (A2n-1) 의 부극 및 셀 밸런스 장치 (Dn-1) 의 단자 (T13n-1) 에 접속되고, 단자 (T12n) 가 2 차 전지 (A2n-1) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (Dn-1) 의 단자 (T14n-1) 에 접속되고, 단자 (T13n) 가 2 차 전지 (A2n) 의 정극에 접속되고, 단자 (T14n) 가 2 차 전지 (A2n＋1) 의 정극에 접속되고, 단자 (T17n) 가 전압 유지 장치 (C2n-2) 및 전압 유지 장치 (C2n-1) 의 일방의 단자에 접속되고, 단자 (T18n) 가 전압 유지 장치 (C2n-1) 의 타방의 단자에 접속되고, 단자 (T15n) 가 셀 밸런스 장치 (Dn-1) 의 단자 (T16n) 에 접속된다.
셀 밸런스 장치 (D1) 는, 스위치 회로 (S111) 가 단자 (T111) 및 단자 (T171) 에 접속되고, 스위치 회로 (S121) 가 단자 (T121) 및 단자 (T171) 에 접속되고, 스위치 회로 (S131) 가 단자 (T131) 및 단자 (T171) 에 접속되고, 스위치 회로 (S141) 가 단자 (T121) 및 단자 (T181) 에 접속되고, 스위치 회로 (S151) 가 단자 (T131) 및 단자 (T181) 에 접속되고, 스위치 회로 (S161) 가 단자 (T141) 및 단자 (T181) 에 접속된다. 스위치 회로 (S111?S161) 는, 제어 회로 (201) 의 신호에 의해 온 오프 제어된다. 다른 셀 밸런스 장치 (D2?Dn) 도 동일하게 접속된다.
다음으로, 제 2 실시형태의 배터리 시스템 (11) 의 동작에 대해 설명한다. 도 6 은, 제 2 실시형태의 셀 밸런스 장치의 신호의 타이밍 차트를 나타낸 도면이다.
시각 t0 에 있어서, 배터리 시스템 (11) 의 외부 단자에 충전기 (101) 가 접속되면, 클록 발생 회로 (102a) 는 클록 신호 (CLKa) 를 출력한다. 셀 밸런스 장치 (D1) 는, 단자 (T151) 에 클록 신호 (CLKa) 를 수신하면, 제어 회로 (201) 가 클록 신호 (CLKa) 에 동기하여 스위치 회로 (S111?S161) 를 온하는 신호를 발생시켜, 순차 출력한다. 또, 제어 회로 (201) 는, 클록 신호 (CLKa) 를 단자 (T161) 에 출력한다. 다음의 셀 밸런스 장치 (D2) 는, 단자 (T152) 에 셀 밸런스 장치 (D1) 로부터 클록 신호 (CLKa) 를 수신한다. 이와 같이 하여, 클록 신호 (CLKa) 는, 셀 밸런스 장치 (Dn) 까지 전달되어, 모든 셀 밸런스 장치 (D1?Dn) 는 동기를 취할 수 있다. 따라서, 스위치 회로 (S111?S11n 및 S141?S14n) 와, 스위치 회로 (S121?S12n 및 S151?S15n) 와, 스위치 회로 (S131?S13n 및 S161?S16n) 는, 동기하여 순차적으로 온되도록 제어된다.
시각 t1 에 있어서, 스위치 회로 (S111?S11n 및 S141?S14n) 가 모두 온되고, 스위치 회로 (S121?S12n 및 S151?S15n) 와 스위치 회로 (S131?S13n 및 S161?S16n) 가 모두 오프되면, 2 차 전지 (A1?An-1) 는 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 와 각각 병렬 접속된다. 그리고, 2 차 전지 (A1?An-1) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 는, 각각 방전 혹은 충전을 실시한다.
시각 t2 에 있어서, 스위치 회로 (S121?S12n 및 S151?S15n) 가 모두 온되고, 스위치 회로 (S111?S11n 및 S141?S14n) 와 스위치 회로 (S131?S13n 및 S161?S16n) 가 모두 오프되면, 2 차 전지 (A2?An) 는 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 와 각각 병렬 접속된다. 그리고, 2 차 전지 (A2?An) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 는 각각 방전 혹은 충전을 실시한다.
시각 t3 에 있어서, 스위치 회로 (S131?S13n 및 S161?S16n) 가 모두 온되고, 스위치 회로 (S111?S11n 및 S141?S14n) 와 스위치 회로 (S121?S12n 및 S151?S15n) 가 모두 오프되면, 2 차 전지 (A3?An＋1) 는 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 와 각각 병렬 접속된다. 그리고, 2 차 전지 (A3?An＋1) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 는, 각각 방전 혹은 충전을 실시한다.
그리고, 모든 셀 밸런스 장치 (D1?Dn) 는, 3 클록을 일주기로 하여 동일한 동작을 반복한다.
그리고, 배터리 시스템 (11) 의 외부 단자로부터 충전기 (101) 가 분리되면, 클록 발생 회로 (102a) 는 클록 신호 (CLKa) 의 출력을 정지시키고, 셀 밸런스의 동작을 종료한다.
이와 같이 하여, 2 차 전지 (A1?An＋1) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 사이에서 충방전을 반복함으로써, 2 차 전지 (A1?An＋1) 의 전압을 평균화하여, 전압의 편차를 감소시킬 수 있다. 그리고, 밸런스를 취해야 할 2 차 전지 수에 따라 복수의 전압 유지 장치를 구비한 구성으로 했기 때문에, 셀 밸런스 장치의 밸런스 능력을 높일 수 있다 (밸런스를 잡는 속도를 빠르게 할 수 있다).
여기서, 클록 발생 회로 (102a) 가 출력하는 클록 신호 (CLKa) 는, 주기의 첫 1 클록째의 파고값을 바꾸고 있다. 예를 들어, 하이레벨의 파고값을 다른 클록의 1/2 로 하고 있다. 이와 같은 클록 신호 (CLKa) 로 함으로써, 셀 밸런스 장치 (D1?Dn) 는 주기의 동기를 취할 수 있어, 오동작의 가능성을 낮게 할 수 있다.
또한, 도시는 하지 않지만 셀 밸런스 장치 내의 스위치 회로를 더욱 늘려도 동일하게 셀 밸런스를 잡도록 동작시킬 수 있다.
또, 제 2 실시형태의 셀 밸런스 장치를 구비한 배터리 시스템은, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 여기서 설명한 구성에 한정되지 않는다.
이상으로 설명한 바와 같이, 제 2 실시형태의 셀 밸런스 장치를 구비한 배터리 시스템에 의하면, 셀 밸런스 장치의 밸런스 능력을 높일 수 있기 때문에, 빠르게 셀 밸런스를 잡을 수 있다. 또, 2 차 전지의 수가 증가해도, 1 개의 셀 밸런스 장치에 접속되는 2 차 전지 수는 변하지 않으므로, 고내압 프로세스를 필요로 하지 않기 때문에 제조 비용을 저렴하게 할 수 있다. 그리고, 2 차 전지의 수의 증감에 대해 간단하게 대응할 수 있다.
<제 3 실시형태>
도 8 은, 제 ３ 실시형태의 셀 밸런스 장치를 구비한 배터리 시스템의 회로도이다. 도 9 는, 제 ３ 실시형태의 셀 밸런스 장치의 회로도이다.
제 ３ 실시형태의 배터리 시스템 (10) 은, 클록 발생 회로 (102), 직렬 접속된 n＋1 개의 2 차 전지 (A1?An＋1), n 개의 셀 밸런스 장치 (E1?En), n－1 개의 전압 유지 장치 (콘덴서) (C1?Cn＋1) 와, 충전기 (101) 나 부하가 접속되는 외부 단자를 구비하고 있다 (n 은 2 이상의 정수).
1 번째의 셀 밸런스 장치 (E1) 는, 스위치 (S11, S21, S31) 와, 제어 회로 (201) 와, 단자 (T11, T21, T31, T41, T51, T61, T71, T81) 로 구성되어 있다. 단자 (T71) 는 리셋 신호 수신 단자이고, 단자 (T81) 는 리셋 신호 송신 단자이다. 다른 셀 밸런스 장치 (F2?Fn) 도 동일하다.
셀 밸런스 장치 (E1) 는, 단자 (T11) 및 단자 (T71) 가 2 차 전지 (A1) 의 부극에 접속되고, 단자 (T21) 가 2 차 전지 (A1) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (E2) 의 단자 (T12) 에 접속되고, 단자 (T31) 가 2 차 전지 (A2) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (E2) 의 단자 (T22) 에 접속되고, 단자 (T41) 가 전압 유지 장치 (C1) 의 일방의 단자에 접속되고, 단자 (T51) 가 클록 발생 회로 (102) 의 출력에 접속되고, 단자 (T61) 가 셀 밸런스 장치 (E2) 의 단자 (T52) 에 접속되고, 단자 (T81) 가 셀 밸런스 장치 (E2) 의 단자 (T72) 에 접속된다. 셀 밸런스 장치 (E2) 는, 단자 (T22) 가 셀 밸런스 장치 (E3) 의 단자 (T13) 에 접속되고, 단자 (T32) 가 2 차 전지 (A3) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (E3) 의 단자 (T23) 에 접속되고, 단자 (T42) 가 전압 유지 장치 (C2) 의 일방의 단자 및 전압 유지 장치 (C1) 의 타방의 단자에 접속되고, 단자 (T62) 가 셀 밸런스 장치 (E3) 의 단자 (T53) 에 접속되고, 단자 (T82) 가 셀 밸런스 장치 (E3) 의 단자 (T73) 에 접속된다. 그리고, n-1 번째의 셀 밸런스 장치 (En-1) 까지는, 셀 밸런스 장치 (E2) 와 동일하게 접속된다. 셀 밸런스 장치 (En) 는, 단자 (T1n) 가 2 차 전지 (An) 의 부극에 접속되고, 단자 (T2n) 가 2 차 전지 (An) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (En-1) 의 단자 (T3n-1) 에 접속되고, 단자 (T3n) 가 2 차 전지 (An＋1) 의 정극에 접속되고, 단자 (T4n) 가 전압 유지 장치 (Cn-1) 에 접속된다.
셀 밸런스 장치 (E1) 는, 스위치 회로 (S11) 가 단자 (T11) 및 단자 (T41) 에 접속되고, 스위치 회로 (S21) 가 단자 (T21) 및 단자 (T41) 에 접속되고, 스위치 회로 (S31) 가 단자 (T31) 및 단자 (T41) 에 접속된다. 스위치 회로 (S11, S12, S13) 는, 제어 회로 (201) 의 신호에 의해 온 오프 제어된다. 다른 셀 밸런스 장치 (E2?En) 도 동일하게 접속된다.
다음으로, 제 ３ 실시형태의 배터리 시스템 (10) 의 동작에 대해 설명한다. 도 10 은, 제 ３ 실시형태의 셀 밸런스 장치의 신호의 타이밍 차트를 나타낸 도면이다.
배터리 시스템 (10) 의 외부 단자에 충전기 (101) 가 접속되면, 클록 발생 회로 (102) 는 클록 신호 (CLK) 를 출력한다. 셀 밸런스 장치 (E1) 에 있어서, 단자 (T51) 에 클록 신호 (CLK) 가 입력되면, 제어 회로 (201) 는 동일한 클록 신호 (CLK) 를 단자 (T61) 로부터 출력한다. 또, 제어 회로 (201) 는 클록 신호 (CLK) 에 동기하여, 하기 1 사이클의 동작을 반복한다.
1 사이클
t0 : 초기 상태
t1 : S11 온 신호 출력 (Hi 의 신호)
t2 : S21 온 신호 출력 (Hi 의 신호)
t3 : S31 온 신호 출력 (Hi 의 신호)
t4 : RESET1 신호 출력 (Hi 의 신호)→리셋 신호 출력 (단자 (T81))
제어 회로 (201) 내의 OR 회로 (211) 는 클록 신호 (CLK) 에 동기하여 출력되는 내부 노드 (RESET1) 신호와 단자 (T71) 에 입력되는 신호를 오어하여, 단자 (T81) 로부터 리셋 신호 (Hi 의 신호) 를 출력한다. 또, 이 리셋 신호는 제어 회로 (201) 에도 입력되어, 제어 회로 (201) 를 t0 의 초기 상태로 되돌린다. 셀 밸런스 장치 (E2 내지 En) 및 제어 회로 (202 내지 20n) 도 각각 동일한 동작을 한다.
여기서, 도 8 및 도 9 에 나타내는 바와 같이, 배터리 시스템 (10) 에서는 단자 (T61) 와 단자 (T52) 및 단자 (T81) 와 단자 (T72) 가 각각 접속되어 있고, 이하 동일하게, 단자 (T6n-1) 와 단자 (T5n) 및 단자 (T8n-1) 와 단자 (T7n) 까지가 각각 연속하여 접속되어 있다. 따라서, 클록 신호 (CLK) 와 리셋 신호가 통신되고, 이하와 같이, 셀 밸런스 장치 (E1 내지 En) 의 동기를 취하여, 2 차 전지 (A1?An-1) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 사이에서 전하의 교환을 실시할 수 있다.
시각 t1 에 있어서, 스위치 회로 (S11?S1n) 가 모두 온되고, 스위치 회로 (S21?S2n) 와 스위치 회로 (S31?S3n) 가 모두 오프되면, 2 차 전지 (A1?An-1) 는 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 와 각각 병렬 접속된다. 그리고, 2 차 전지 (A1?An-1) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 는, 각각 방전 혹은 충전을 실시한다.
시각 t2 에 있어서, 스위치 회로 (S21?S2n) 가 모두 온되고, 스위치 회로 (S11?S1n) 와 스위치 회로 (S31?S3n) 가 모두 오프되면, 2 차 전지 (A2?An) 는 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 와 각각 병렬 접속된다. 그리고, 2 차 전지 (A2?An) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 는, 각각 방전 혹은 충전을 실시한다.
시각 t3 에 있어서, 스위치 회로 (S31?S3n) 가 모두 온되고, 스위치 회로 (S11?S1n) 와 스위치 회로 (S21?S2n) 가 모두 오프되면, 2 차 전지 (A3?An＋1)는 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 와 각각 병렬 접속된다. 그리고, 2 차 전지 (A3?An＋1) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 는, 각각 방전 혹은 충전을 실시한다.
시각 t4 에 있어서, 단자 (T81?T8n) 모두로부터 리셋 신호를 출력하여, 리셋 신호에 의해 모든 셀 밸런스 장치 (E1-En) 는 재동기가 취해진다. 그리고, 모든 셀 밸런스 장치 (E1?En) 는, 상기 1 사이클 (4 클록) 의 동기 동작을 반복한다.
이와 같이 하여, 2 차 전지 (A1?An＋1) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 사이에서 충방전을 반복함으로써, 2 차 전지 (A1?An＋1) 의 전압을 평균화하여, 전압의 편차를 감소시킬 수 있다 (셀 밸런스를 취할 수 있다).
그리고, 배터리 시스템 (10) 의 외부 단자로부터 충전기 (101) 가 분리되면, 클록 발생 회로 (102) 는 클록 신호 (CLK) 의 출력을 정지시켜, 셀 밸런스의 동작을 종료한다.
여기서, 예를 들어 단자 (T52) 에 외부 노이즈가 들어가면, 클록 신호 (CLK) 에 혼란이 생겨, 셀 밸런스 장치 (E1) 와 셀 밸런스 장치 (E2?En) 의 동기가 일시적으로 취해지지 않게 되는 경우가 있다. 즉, 셀 밸런스 장치 (E1) 가 t1 의 상태에서 S11 이 온되어 있는데, 셀 밸런스 장치 (E2?En) 가 t2 의 상태가 되어, S22?S2n 가 온되는 경우 등이다. 이 경우에도, 상기 1 사이클의 t4 에서 단자 (T81) 로부터 출력되는 리셋 신호가 OR 회로 (212?21n) 를 통해 통신되기 때문에, 셀 밸런스 장치 (E1?En) 가 동시에 초기 상태가 되어, 셀 밸런스 장치 (E1?En) 의 재동기를 취할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 셀 밸런스 장치 및 배터리 시스템은 각 셀 밸런스 장치의 재동기를 취하는 구성으로 했기 때문에, 외부 노이즈에 강해져, 셀 밸런스 능력을 높일 수 있다. 또, 밸런스를 취해야 할 2 차 전지 수에 따라 복수의 전압 유지 장치를 구비한 구성으로 했기 때문에, 셀 밸런스 장치의 밸런스 능력을 높일 수 있다 (밸런스를 잡는 속도를 빠르게 할 수 있다). 또한 셀 밸런스 장치 및 전압 유지 장치를 세로로 쌓아 셀 밸런스 시스템을 구성했으므로, 2 차 전지 수의 증감에 대해 간단하게 대응할 수 있다. 그리고, 2 차 전지의 수가 증가해도, 1 개의 셀 밸런스 장치에 접속되는 2 차 전지 수는 변하지 않으므로, 셀 밸런스 장치는 고내압 프로세스를 필요로 하지 않아, 제조 비용을 저렴하게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 축전기로서 2 차 전지를 구비한 배터리 시스템 (10) 으로서 설명했지만, 축전기는 전기 2 중층 캐패시터나 콘덴서여도 동일하게 구성할 수 있다.
또, 배터리 시스템 (10) 에 충전기 (101) 가 접속되었을 때에 셀 밸런스 동작을 실시하는 구성으로서 설명했지만, 2 차 전지의 과방전을 검출했을 때에 셀 밸런스 동작을 실시하도록 구성해도 된다. 또한 충전 후의 충전기가 분리되었을 때에 셀 밸런스 동작을 실시해도 되고, 셀 밸런스 동작을 실시하는 상태는 한정되지 않는다. 배터리 시스템 (10) 은, 충전기 접속시나 과방전 상태 등에 관계없이 셀 밸런스를 취함으로써, 동작 시간을 길게 할 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 제 ３ 실시형태의 셀 밸런스 장치를 구비한 배터리 시스템에 의하면, 셀 밸런스 장치의 밸런스 능력을 높일 수 있기 때문에, 빠르게 셀 밸런스를 잡을 수 있다. 또, 2 차 전지의 수가 증가해도, 1 개의 셀 밸런스 장치에 접속되는 2 차 전지 수는 변하지 않으므로, 고내압 프로세스를 필요로 하지 않기 때문에 제조 비용을 저렴하게 할 수 있다. 그리고, 2 차 전지 수의 증감에 대해 간단하게 대응할 수 있다. 또한 셀 밸런스 장치로부터 리셋 신호를 출력함으로써, 모든 셀 밸런스 장치와 동기를 취할 수 있다.
<제 4 실시형태>
도 11 은, 제 ４ 실시형태의 셀 밸런스 장치를 구비한 배터리 시스템의 회로도이다. 도 12 는, 제 ４ 실시형태의 셀 밸런스 장치의 회로도이다.
제 ４ 실시형태의 배터리 시스템 (11) 은, 클록 발생 회로 (102a), 직렬 접속된 2n＋1 개의 2 차 전지 (A1?A2n＋1), n 개의 셀 밸런스 장치 (F1?Fn), 2n-1 개의 전압 유지 장치 (콘덴서) (C1?C2n-1) 를 구비하고 있다 (n 은 2 이상의 정수).
1 번째의 셀 밸런스 장치 (F1) 는, 스위치 회로 (S111, S121, S131, S141, S151, S161) 와, 제어 회로 (201) 와, 단자 (T111, T121, T131, T141, T151, T161, T171, T181, T191, T101) 로 구성되어 있다. 단자 (T191) 는 리셋 신호 수신 단자이고, 단자 (T101) 는 리셋 신호 송신 단자이다. 다른 셀 밸런스 장치 (F2?Fn) 도 동일하다.
셀 밸런스 장치 (F1) 는, 단자 (T111) 및 단자 (T191) 가 2 차 전지 (A1) 의 부극에 접속되고, 단자 (T121) 가 2 차 전지 (A1) 의 정극에 접속되고, 단자 (T131) 가 2 차 전지 (A2) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (F2) 의 단자 (T112) 에 접속되고, 단자 (T141) 가 2 차 전지 (A3) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (F2) 의 단자 (T122) 에 접속되고, 단자 (T171) 가 전압 유지 장치 (C1) 의 일방의 단자에 접속되고, 단자 (T181) 가 전압 유지 장치 (C1) 의 타방의 단자 및 전압 유지 장치 (C2) 의 일방의 단자에 접속되고, 단자 (T151) 가 클록 발생 회로 (102a) 의 출력에 접속되고, 단자 (T161) 가 셀 밸런스 장치 (F2) 의 단자 (T152) 에 접속되고, 단자 (T101) 가 셀 밸런스 장치 (F2) 의 단자 (T192) 에 접속된다.
셀 밸런스 장치 (F2) 는, 단자 (T112) 가 2 차 전지 (A3) 의 부극에 접속되고, 단자 (T122) 가 2 차 전지 (A3) 의 정극에 접속되고, 단자 (T132) 가 2 차 전지 (A4) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (F3) 의 단자 (T113) 에 접속되고, 단자 (T142) 가 2 차 전지 (A5) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (F3) 의 단자 (T123) 에 접속되고, 단자 (T172) 가 전압 유지 장치 (C2) 의 타방의 단자 및 전압 유지 장치 (C3) 의 일방의 단자에 접속되고, 단자 (T182) 가 전압 유지 장치 (C3) 의 타방의 단자 및 전압 유지 장치 (C4) 의 일방의 단자에 접속되고, 단자 (T152) 가 셀 밸런스 장치 (F1) 의 단자 (T161) 에 접속되고, 단자 (T192) 가 셀 밸런스 장치 (F1) 의 단자 (T101) 에 접속되고, 단자 (T162) 가 셀 밸런스 장치 (F3) 의 단자 (T153) 에 접속되고, 단자 (T102) 가 셀 밸런스 장치 (F3) 의 단자 (T193) 에 접속된다.
그리고, 셀 밸런스 장치 (Fn) 는, 단자 (T11n) 가 2 차 전지 (A2n-1) 의 부극 및 셀 밸런스 장치 (Fn-1) 의 단자 (T13n-1) 에 접속되고, 단자 (T12n) 가 2 차 전지 (A2n-1) 의 정극 및 셀 밸런스 장치 (Fn-1) 의 단자 (T14n-1) 에 접속되고, 단자 (T13n) 가 2 차 전지 (A2n) 의 정극에 접속되고, 단자 (T14n) 가 2 차 전지 (A2n＋1) 의 정극에 접속되고, 단자 (T17n) 가 전압 유지 장치 (C2n-2) 및 전압 유지 장치 (C2n-1) 의 일방의 단자에 접속되고, 단자 (T18n) 가 전압 유지 장치 (C2n-1) 의 타방의 단자에 접속되고, 단자 (T15n) 가 셀 밸런스 장치 (Fn-1) 의 단자 (T16n) 에 접속된다.
셀 밸런스 장치 (F1) 는, 스위치 회로 (S111) 가 단자 (T111) 및 단자 (T171) 에 접속되고, 스위치 회로 (S121) 가 단자 (T121) 및 단자 (T171) 에 접속되고, 스위치 회로 (S131) 가 단자 (T131) 및 단자 (T171) 에 접속되고, 스위치 회로 (S141) 가 단자 (T121) 및 단자 (T181) 에 접속되고, 스위치 회로 (S151) 가 단자 (T131) 및 단자 (T181) 에 접속되고, 스위치 회로 (S161) 가 단자 (T141) 및 단자 (T181) 에 접속된다. 스위치 회로 (S111?S161) 는, 제어 회로 (201) 의 신호에 의해 온 오프 제어된다. 다른 셀 밸런스 장치 (F2?Fn) 도 동일하게 접속된다.
다음으로, 제 ４ 실시형태의 배터리 시스템 (11) 의 동작에 대해 설명한다. 도 13 은, 제 ４ 실시형태의 셀 밸런스 장치의 신호의 타이밍 차트를 나타낸 도면이다.
배터리 시스템 (11) 의 외부 단자에 충전기 (101) 가 접속되면, 클록 발생 회로 (102a) 는 클록 신호 (CLKa) 를 출력한다. 셀 밸런스 장치 (F1) 에 있어서, 단자 (T151) 에 클록 신호 (CLKa) 가 입력되면, 제어 회로 (201) 는 동일한 클록 신호 (CLKa) 를 단자 (T161) 로부터 출력한다. 또, 제어 회로 (201) 는 클록 신호 (CLKa) 에 동기하여, 하기 1 사이클의 동작을 반복한다.
1 사이클
t0 : 초기 상태
t1 : S111, S141 온 신호 출력 (Hi 의 신호)
t2 : S121, S151 온 신호 출력 (Hi 의 신호)
t3 : S131, S161 온 신호 출력 (Hi 의 신호)
t4 : RESET1 신호 출력 (Hi 의 신호)→리셋 신호 출력 (단자 (T101))
제어 회로 (201) 내의 OR 회로 (211) 는 클록 신호 (CLKa) 에 동기하여 출력되는 내부 노드 (RESET1) 신호와, 단자 (T191) 에 입력되는 신호를 오어하여, 단자 (T101) 로부터 리셋 신호 (Hi 의 신호) 를 출력한다. 또, 이 리셋 신호는 제어 회로 (201) 에도 입력되어, 제어 회로 (201) 를 tO 의 초기 상태로 되돌린다. 셀 밸런스 장치 (F2 내지 Fn) 및 제어 회로 (202 내지 20n) 도 각각 동일한 동작을 한다.
여기서, 도 11 및 도 12 에 나타내는 바와 같이, 배터리 시스템 (11) 에서는 단자 (T161) 와 단자 (T152) 및 단자 (T101) 와 단자 (T192) 가 각각 접속되어 있고, 이하 동일하게, 단자 (T16n-1) 와 단자 (T15n) 및 단자 (T10n-1) 와 단자 (T19n) 까지가 각각 연속하여 접속되어 있다. 따라서, 클록 신호 (CLKa) 와 리셋 신호가 통신되어, 이하와 같이, 셀 밸런스 장치 (F1 내지 Fn) 의 동기를 취하여, 2 차 전지 (A1?An-1) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 사이에서 전하의 교환을 실시할 수 있다.
시각 t1 에 있어서, 스위치 회로 (S111?S11n 및 S141?S14n) 가 모두 온되고, 스위치 회로 (S121?S12n 및 S151?S15n) 와 스위치 회로 (S131?S13n 및 S161?S16n) 가 모두 오프되면, 2 차 전지 (A1?An-1) 는 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 와 각각 병렬 접속된다. 그리고, 2 차 전지 (A1?An-1) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 는, 각각 방전 혹은 충전을 실시한다.
시각 t2 에 있어서, 스위치 회로 (S121?S12n 및 S151?S15n) 가 모두 온되고, 스위치 회로 (S111?S11n 및 S141?S14n) 와 스위치 회로 (S131?S13n 및 S161?S16n) 가 모두 오프되면, 2 차 전지 (A2?An) 는 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 와 각각 병렬 접속된다. 그리고, 2 차 전지 (A2?An) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 는, 각각 방전 혹은 충전을 실시한다.
시각 t3 에 있어서, 스위치 회로 (S131?S13n 및 S161?S16n) 가 모두 온되고, 스위치 회로 (S111?S11n 및 S141?S14n) 와 스위치 회로 (S121?S12n 및 S151?S15n) 가 모두 오프되면, 2 차 전지 (A3?An＋1) 는 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 와 각각 병렬 접속된다. 그리고, 2 차 전지 (A3?An＋1) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 는, 각각 방전 혹은 충전을 실시한다.
시각 t4 에 있어서, 단자 (T101?T10n) 의 모두로부터 리셋 신호를 출력하고, 리셋 신호에 의해 모든 셀 밸런스 장치 (F1?Fn) 는 재동기가 취해진다. 그리고, 모든 셀 밸런스 장치 (F1?Fn) 는, 상기 1 사이클 (4 클록) 의 동기 동작을 반복한다.
이와 같이 하여, 2 차 전지 (A1?An＋1) 와 전압 유지 장치 (C1?Cn-1) 의 사이에서 충방전을 반복함으로써, 2 차 전지 (A1?An＋1) 의 전압을 평균화하여, 전압의 편차를 감소시킬 수 있다 (셀 밸런스를 취할 수 있다).
그리고, 배터리 시스템 (11) 의 외부 단자로부터 충전기 (101) 가 분리되면, 클록 발생 회로 (102a) 는 클록 신호 (CLKa) 의 출력을 정지시켜, 셀 밸런스의 동작을 종료한다.
여기서, 예를 들어 단자 (T152) 에 외부 노이즈가 들어가면, 클록 신호 (CLKa) 에 혼란이 생겨, 셀 밸런스 장치 (F1) 와 셀 밸런스 장치 (F2?Fn) 의 동기가 일시적으로 취해지지 않게 되는 경우가 있다. 즉, 셀 밸런스 장치 (F1) 가 t1 상태에서 S111 가 온되어 있는데, 셀 밸런스 장치 (F2?Fn) 가 t2 상태가 되어, S122?S12n 가 온되는 경우 등이다. 이 경우에서도, 상기 1 사이클의 t4 에서 단자 (T101) 로부터 출력되는 리셋 신호가 OR 회로 (212?21n) 를 통해 통신되기 때문에, 셀 밸런스 장치 (F1?Fn) 가 동시에 초기 상태가 되어, 셀 밸런스 장치 (F1?Fn) 의 재동기를 취할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 셀 밸런스 장치 및 배터리 시스템은 각 셀 밸런스 장치의 재동기를 취할 수 있는 구성으로 했기 때문에, 외부 노이즈에 강해져, 셀 밸런스 능력을 높일 수 있다. 또, 밸런스를 잡아야 할 2 차 전지 수에 따라 복수의 전압 유지 장치를 구비한 구성으로 했기 때문에, 셀 밸런스 장치의 밸런스 능력을 높일 수 있다 (밸런스를 잡는 속도를 빠르게 할 수 있다).
또한, 도시는 하지 않지만 셀 밸런스 장치 내의 스위치 회로를 더욱 늘려도 동일하게 셀 밸런스를 잡도록 동작시킬 수 있다.
또, 제 ４ 실시형태의 셀 밸런스 장치를 구비한 배터리 시스템은, 제 ３ 실시형태와 마찬가지로, 여기에서 설명한 구성에 한정되지 않는다.
이상으로 설명한 바와 같이, 제 ４ 실시형태의 셀 밸런스 장치를 구비한 배터리 시스템에 의하면, 셀 밸런스 장치의 밸런스 능력을 높일 수 있기 때문에, 빠르게 셀 밸런스를 잡을 수 있다. 또, 2 차 전지의 수가 증가해도, 1 개의 셀 밸런스 장치에 접속되는 2 차 전지 수는 변하지 않으므로, 고내압 프로세스를 필요로 하지 않기 때문에 제조 비용을 저렴하게 할 수 있다. 그리고, 2 차 전지 수의 증감에 대해 간단하게 대응할 수 있다. 또한 셀 밸런스 장치로부터 리셋 신호를 출력함으로써 모든 셀 밸런스 장치와 동기를 취할 수 있다.
A1?A2n＋1 : 2 차 전지
B1?Bn : 셀 밸런스 장치
C1?C2n-1 : 전압 유지 장치
D1?Dn : 셀 밸런스 장치
E1?En : 셀 밸런스 장치
F1?Fn : 셀 밸런스 장치
101 : 충전기
102, 102a : 클록 발생 회로
201?20n : 제어 회로

Claims (10)

  1. 직렬로 접속된 복수의 축전기의 셀 밸런스를 조정하는 셀 밸런스 장치로서,
    상기 셀 밸런스 장치는,
    상기 직렬로 접속된 복수의 축전기의 접속점 또는 양단이 접속되는 복수의 축전기 접속 단자와,
    전압 유지 장치가 접속되는 전압 유지 장치 접속 단자와,
    상기 복수의 축전기 접속 단자와 상기 전압 유지 장치 사이에 형성된 복수의 스위치 회로와,
    동기 신호를 수신하는 수신 단자와,
    상기 동기 신호를 송신하는 송신 단자와,
    상기 동기 신호에 기초하여 상기 복수의 스위치 회로의 온 오프를 제어하는 제어 회로를 구비하고,
    상기 제어 회로는, 상기 동기 신호를 수신하면, 상기 복수의 스위치 회로를 순차적으로 온 오프 제어하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 축전기 접속 단자는, 제 1 축전기 접속 단자, 제 2 축전기 접속 단자, 제 ３ 축전기 접속 단자를 구비하고,
    상기 스위치 회로는, 제 1 스위치 회로, 제 2 스위치 회로, 제 ３ 스위치 회로를 구비하고,
    상기 제 1 축전기 접속 단자와 상기 전압 유지 장치 접속 단자 사이에 상기 제 1 스위치 회로가 접속되고,
    상기 제 2 축전기 접속 단자와 상기 전압 유지 장치 접속 단자 사이에 상기 제 2 스위치 회로가 접속되고,
    상기 제 ３ 축전기 접속 단자와 상기 전압 유지 장치 접속 단자 사이에 상기 제 ３ 스위치 회로가 접속되고,
    상기 동기 신호에 기초하여 상기 제 1 스위치 회로, 상기 제 2 스위치 회로, 상기 제 ３ 스위치 회로가 순차적으로 온 오프되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 축전기 접속 단자는, 추가로 제 ４ 축전기 접속 단자를 구비하고,
    상기 스위치 회로는, 추가로 제 4 스위치 회로, 제 ５ 스위치 회로, 제 6 스위치 회로를 구비하고,
    상기 전압 유지 장치 접속 단자는, 추가로 제 2 전압 유지 장치 접속 단자를 구비하고,
    상기 제 2 축전기 접속 단자와 상기 제 2 전압 유지 장치 접속 단자 사이에 상기 제 ４ 스위치 회로가 접속되고,
    상기 제 ３ 축전기 접속 단자와 상기 제 2 전압 유지 장치 접속 단자 사이에 상기 제 ５ 스위치 회로가 접속되고,
    상기 제 ４ 축전기 접속 단자와 상기 제 2 전압 유지 장치 접속 단자 사이에 상기 제 6 스위치 회로가 접속되고,
    상기 동기 신호에 기초하여 상기 제 1 스위치 회로 및 상기 제 ４ 스위치 회로, 상기 제 2 스위치 회로 및 상기 제 ５ 스위치 회로, 상기 제 3 스위치 회로 및 상기 제 6 스위치 회로가 순차적으로 온 오프되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 동기 신호는 클록 신호인 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀 밸런스 장치는 추가로,
    제 1 리셋 신호를 수신하는 리셋 신호 수신 단자와,
    제 2 리셋 신호를 송신하는 리셋 신호 송신 단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 수신 단자에 상기 동기 신호를 수신하면, 상기 동기 신호를 소정 수 카운트 후, 상기 리셋 신호 송신 단자로부터 상기 제 2 리셋 신호를 송신하거나, 혹은 상기 리셋 신호 수신 단자에 상기 제 1 리셋 신호를 수신하면 상기 리셋 신호 송신 단자로부터 상기 제 2 리셋 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 장치.
  7. 직렬로 접속된 복수의 축전기와,
    직렬로 접속된 복수의 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 셀 밸런스 장치와,
    직렬로 접속된 복수의 전압 유지 장치와,
    상기 동기 신호를 출력하는 클록 발생 회로를 구비하고,
    상기 셀 밸런스 장치는, 상기 축전기 접속 단자에 상기 축전기의 양단이 접속되고, 상기 전압 유지 장치 접속 단자에 상기 전압 유지 장치의 일단 또는 양단이 접속된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    첫 단의 셀 밸런스 장치의 상기 수신 단자는, 상기 클록 발생 회로의 출력 단자와 접속되고,
    2 단 이후의 셀 밸런스 장치의 상기 송신 단자는, 다음 단의 상기 수신 단자와 접속된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 셀 밸런스 장치의 상기 수신 단자는, 상기 클록 발생 회로의 출력 단자와 접속된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 클록 발생 회로는, 상기 배터리 시스템의 외부 단자에 충전기가 접속된 것을 검출하여 상기 동기 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
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