KR20130138307A - 셀 밸런스 회로 및 셀 밸런스 장치 - Google Patents

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KR20130138307A
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히로시 조
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신덴겐코교 가부시키가이샤
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Abstract

[과제]
저비용화 및 소형화와, 2차전지의 열화의 억제를 실현하면서, 2차전지의 충방전시에 충전 전압의 균일화를 행할 수가 있는 셀 밸런스 회로 및 셀 밸런스 장치를 제공할 것.
[해결 수단]
셀 밸런스 회로(AA)는, 트랜스(T)와, 2차전지(BT1)와 쌍으로 마련된 스위치(SW1)와, 2차전지(BT2)와 쌍으로 마련된 스위치(SW2)를 구비한다. 트랜스(T)는, 2차전지(BT1)와 쌍으로 마련된 제1의 권선(Wa)과, 2차전지(BT2)와 쌍으로 마련된 제2의 권선(Wb)을 구비한다. 셀 밸런스 회로(AA)는, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 스위치(SW1)와 스위치(SW2)를 동기 제어한다.

Description

셀 밸런스 회로 및 셀 밸런스 장치{CELL BALANCE CIRCUIT AND CELL BALANCE DEVICE}
본 발명은, 셀 밸런스 회로와, 셀 밸런스 회로를 복수 구비하는 셀 밸런스 장치에 관한 것이다.
종래로부터, 복수의 2차전지를 이용하는 경우에는, 셀 밸런스를 행하여, 이들 복수의 2차전지의 각각의 충전 전압을 균일화시킬 필요가 있다. 그래서, 복수의 2차전지의 각각에 대해, 저항을 하나씩 병렬 접속하는 경우가 있다. 이에 의하면, 다른 것과 비교하여 충전 전압이 높은 2차전지에 관해, 병렬 접속된 저항에 의해 방전시킬 수 있기 때문에, 복수의 2차전지의 각각의 충전 전압을 균일화할 수 있다.
그런데, 상술한 바와 같이 저항을 병렬 접속시키면, 저항에서의 방전에 의해, 전력 손실이 커저 버린다. 그래서, 특허 문헌 1에 나타나 있는 회로나, 특허 문헌 2에 나타나 있는 회로가 제안되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본국 특개2010-288447호 공보 특허 문헌 2 : 일본국 특개2004-88878호 공보
특허 문헌 1에 나타나 있는 회로는, 충전 전압의 균일화를, 다이오드를 이용하여 행한다. 여기서, 다이오드의 순방향 전압은, 온도에 응하여 변화하기 때문에, 복수의 2차전지의 각각의 충전 전압을 정확하게 균일화할 수가 없을 우려가 있다. 또한 가령, 상술한 다이오드의 순방향 전압의 온도에 응한 변화를 무시할 수 있다고 하여도, 특허 문헌 1에 나타나 있는 회로는, 충전 전압의 균일화를, 2차전지의 충전시에만 행하기 때문에, 2차전지의 방전시에는 충전 전압이 불균일하게 되어 버려, 셀 밸런스를 안정시킬 수가 없았다.
한편, 특허 문헌 2에 나타나 있는 회로에서는, 복수의 2차전지의 각각의 충전 전압을 감시할 필요가 있다. 이 때문에, 2차전지의 충전 전압을 감시하기 위한 소자나 회로가 필요하게 되어, 저비용화나 소형화의 저해 요인이 된다.
또한, 특허 문헌 1에 나타나 있는 회로나, 특허 문헌 2에 나타나 있는 회로는, 복수의 2차전지의 각각의 충전 전압에 차(差)가 생기고 나서 셀 밸런스를 행하기 때문에, 일시적으로 열화 영역에 달하여 버려, 2차전지가 열화될 우려가 있다.
상술한 과제를 감안하여, 본 발명은, 저비용화 및 소형화와, 2차전지의 열화의 억제를 실현하면서, 2차전지의 충방전시에 충전 전압의 균일화를 행할 수가 있는 셀 밸런스 회로 및 셀 밸런스 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상술한 과제를 해결하기 위해, 이하의 사항을 제안하고 있다.
(1) 본 발명은, 제1의 2차전지(예를 들면, 도 1의 2차전지(BT1)에 상당) 및 제2의 2차전지의 각각(예를 들면, 도 1의 2차전지(BT2)에 상당)의 충전 전압을 균일화하는 셀 밸런스 회로(예를 들면, 도 1의 셀 밸런스 회로(AA)에 상당)로서, 상기 제1의 2차전지와 쌍(對)으로 마련된 제1의 권선(예를 들면, 도 1의 제1의 권선(Wa)에 상당)과, 상기 제2의 2차전지와 쌍으로 마련된 제2의 권선(예를 들면, 도 1의 제2의 권선(Wb)에 상당)을 갖는 트랜스(예를 들면, 도 1의 트랜스(T)에 상당)와, 상기 제1의 2차전지의 충전 전압을 상기 제1의 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 스위칭 수단(예를 들면, 도 1의 스위치(SW1)에 상당)을 구비하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 각각의 충전 전압을 균일화하는 셀 밸런스 회로에, 트랜스 및 스위칭 수단을 마련하였다. 그리고, 트랜스에는, 제1의 2차전지와 쌍으로 제1의 권선을 마련함과 함께, 제2의 2차전지와 쌍으로 제2의 권선을 마련하였다. 또한, 스위칭 수단에 의해, 제1의 2차전지의 충전 전압을 제1의 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 것으로 하였다. 이 때문에, 스위칭 수단에 의해, 제1의 권선에 제1의 2차전지의 충전 전압을 인가시킬 수 있다.
제1의 권선에 제1의 2차전지의 충전 전압이 인가되면, 제1의 권선에서 자속이 발생하고, 이 자속이 제2의 권선을 관통하게 된다. 이 자속을 ΦB, 제2의 권선의 권수를 N으로 하면, 제2의 권선에는, 이하의 식(1)으로 표시하는 기전력(ε)이 발생하게 된다.
[수식 1]
Figure pct00001
여기서, 제1의 권선에서 발생하는 자속은, 제1의 권선에 인가되는 전압에 응하여 변화한다. 이 때문에, 제2의 권선에 발생하는 기전력은, 제1의 2차전지의 충전 전압에 응하여 변화하게 된다.
제2의 권선에서도, 상술한 제1의 권선과 마찬가지로, 제2의 2차전지의 충전 전압이 인가되면 자속이 발생하고, 이 자속이 제1의 권선을 관통하기 때문에, 제1의 권선에는, 상술한 식(1)으로 표시한 바와 같은 기전력이 발생하게 된다. 그리고, 제1의 권선에 발생하는 기전력은, 제2의 2차전지의 충전 전압에 응하여 변화하게 된다.
여기서, 제1의 권선의 권수와, 제2의 권선의 권수가 동등하고, 제2의 권선에는 제2의 2차전지의 충전 전압이 인가되어 있는 것으로 한다. 또한, 제1의 2차전지의 충전 전압을 VBT1, 제2의 2차전지의 충전 전압을 VBT2, 제1의 권선의 저항 성분을 RW1, 제2의 권선의 저항 성분을 RW2로 한다. 그러면, 제1의 권선을 흐르는 전류(IW1)는, 이하의 식(2)과 같이 표시되고, 제2의 권선을 흐르는 전류(IW2)는, 이하의 식(3)과 같이 표시되게 된다.
[수식 2]
Figure pct00002
[수식 3]
Figure pct00003
제1의 2차전지의 충전 전압과 제2의 2차전지의 충전 전압이 동등한 경우에는, 상술한 식(2)과 같이, 제1의 권선을 전류가 흐르지 않음과 함께, 상술한 식(3)과 같이, 제2의 권선을 전류가 흐르지 않기 때문에, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지에는, 전류가 흐르지 않는다.
한편, 제1의 2차전지의 충전 전압이 제2의 2차전지의 충전 전압보다 낮은 경우에는, 제1의 2차전지의 충전 전압과 제2의 2차전지의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 상술한 식(2)으로 정하여지는 전류가 제1의 권선으로부터 제1의 2차전지에 흘러서, 제1의 2차전지가 충전된다. 또한, 제1의 2차전지의 충전 전압과 제2의 2차전지의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 상술한 식(3)으로 정하여지는 전류가 제2의 2차전지로부터 제2의 권선에 흘러서, 제2의 2차전지가 방전된다.
또한, 제1의 2차전지의 충전 전압이 제2의 2차전지의 충전 전압보다 높은 경우에는, 제1의 2차전지의 충전 전압과 제2의 2차전지의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 상술한 식(2)으로 정하여지는 전류가 제1의 2차전지로부터 제1의 권선에 흘러서, 제1의 2차전지가 방전된다. 또한, 제1의 2차전지의 충전 전압과 제2의 2차전지의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 상술한 식(3)으로 정하여지는 전류가 제2의 권선으로부터 제2의 2차전지에 흘러서, 제2의 2차전지가 충전된다.
이상에 의해, 제1의 2차전지의 충전 전압과, 제2의 2차전지의 충전 전압이 동등하게 된다. 이 때문에, 상술한 특허 문헌 1에 나타나 있는 회로가 필요로 하고 있던 다이오드를 이용하지 않기 때문에, 제1의 2차전지와, 제2의 2차전지에 관해 충전 전압을 정확하게 균일화시킬 수 있다.
또한, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 충전시 및 방전시에 있어서, 스위칭 수단에 의해 제1의 2차전지의 충전 전압을 제1의 권선에 인가시킴과 함께, 제2의 2차전지의 충전 전압을 제2의 권선에 인가시킴으로써, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 충전시뿐만 아니라 방전시에도, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 충전 전압을 정확하게 균일화시킬 수 있고, 셀 밸런스를 안정시킬 수 있다.
또한, 제1의 2차전지나 제2의 2차전지의 충전 전압을 검출하는 일 없이, 스위칭 수단을 동작시킬 수 있다. 이 때문에, 제1의 2차전지나 제2의 2차전지의 충전 전압을 감시할 필요가 없어지기 때문에, 셀 밸런스 회로의 저비용화 및 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 충전시 및 방전시에 있어서 상술한 바와 같이 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 충전 전압을 각각 제1의 권선 및 제2의 권선에 인가시킴으로써, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 충전 전압에 차가 생기는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 일시적으로 열화 영역에 달하여 버리는 것을 방지하여, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 복수의 2차전지의 각각에 대해 상술한 바와 같이 저항을 하나씩 병렬 접속하는 경우, 이들 2차전지에 흘릴 수 있는 전류가, 이들 저항에 의해 제한되어 버린다. 이에 대해, 본 발명에서는, 셀 밸런스 회로에, 트랜스는 마련하지만 저항은 마련하지 않는 것으로 하였다. 트랜스에 마련된 제1의 권선 및 제2의 권선의 저항치는, 저항의 저항치에 비하여 대폭적으로 작기 때문에, 트랜스에 의해 제한되는 전류는, 저항에 의해 제한되는 전류에 비하여 대폭적으로 작아진다. 이 때문에, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 각각에 대해 상술한 바와 같이 저항을 하나씩 병렬 접속하는 경우에 비하여, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지에 흘릴 수 있는 전류를 크게할 수 있다.
(2) 본 발명은, (1)의 셀 밸런스 회로에 관해, 상기 제1의 권선의 권수와, 상기 제2의 권선의 권수는, 동등한 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, (1)의 셀 밸런스 회로에서, 제1의 권선의 권수와, 제2의 권선의 권수를 동등하게 하였다. 이 때문에, 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.
(3) 본 발명은, (1) 또는 (2)의 셀 밸런스 회로에 관해, 상기 제1의 2차전지와 일체로 마련되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, (1) 또는 (2)의 셀 밸런스 회로에서, 셀 밸런스 회로와 제1의 2차전지를, 일체로 마련하는는 것으로 하였다. 이 때문에, 셀 밸런스 회로 및 제1의 2차전지를 구비하는 장치를, 소형화할 수 있다.
(4) 본 발명은, (1) 내지 (3)의 어느 하나의 셀 밸런스 회로에 관해, 상기 스위칭 수단은, 제1의 스위치(예를 들면, 도 5의 스위치(Sa)에 상당), 제2의 스위치(예를 들면, 도 5의 스위치(Sb)에 상당), 제3의 스위치(예를 들면, 도 5의 스위치(Sc)에 상당), 및 제4의 스위치(예를 들면, 도 5의 스위치(Sd)에 상당)를 구비하고, 상기 제1의 권선의 타단과, 상기 제2의 권선의 일단은, 상기 제1의 2차전지의 타단에 접속됨과 함께, 상기 제2의 2차전지의 일단에 접속되고, 상기 제1의 권선의 일단은, 상기 제1의 스위치를 통하여 상기 제1의 2차전지의 일단에 접속 가능하게 마련됨과 함께, 상기 제2의 스위치를 통하여 상기 제2의 2차전지의 타단에 접속 가능하게 마련되고, 상기 제2의 권선의 타단은, 상기 제3의 스위치를 통하여 상기 제1의 2차전지의 일단에 접속 가능하게 마련됨과 함께, 상기 제4의 스위치를 통하여 상기 제2의 2차전지의 타단에 접속 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, (1) 내지 (3)의 어느 하나의 셀 밸런스 회로에서, 스위칭 수단에, 제1의 스위치, 제2의 스위치, 제3의 스위치, 및 제4의 스위치를 마련하였다. 그리고, 제1의 권선의 타단과, 제2의 권선의 일단을, 제1의 2차전지의 타단에 접속함과 함께, 제2의 2차전지의 일단에 접속하였다. 또한, 제1의 권선의 일단을, 제1의 스위치를 통하여 제1의 2차전지의 일단에 접속 가능하게 마련함과 함께, 제2의 스위치를 통하여 제2의 2차전지의 타단에 접속 가능하게 마련하였다. 또한, 제2의 권선의 타단을, 제3의 스위치를 통하여 제1의 2차전지의 일단에 접속 가능하게 마련함과 함께, 제4의 스위치를 통하여 제2의 2차전지의 타단에 접속 가능하게 마련하였다.
이 때문에, 제1의 스위치 및 제4의 스위치를 온 상태로 함과 함께, 제2의 스위치 및 제3의 스위치를 오프 상태로 한 경우, 제1의 권선의 양단에 제1의 2차전지의 양단을 접속시킴과 함께, 제2의 권선의 양단에 제2의 2차전지의 양단을 접속시킬 수 있다. 이에 의하면, 제1의 권선에는 제1의 2차전지의 충전 전압이 인가되고, 제2의 권선에는 제2의 2차전지의 충전 전압이 인가되게 된다.
또한, 제1의 스위치 및 제4의 스위치를 오프 상태로 함과 함께, 제2의 스위치 및 제3의 스위치를 온 상태로 한 경우, 제1의 권선의 양단에 제2의 2차전지의 양단을 접속시킴과 함께, 제2의 권선의 양단에 제1의 2차전지의 양단을 접속시킬 수 있다. 이에 의하면, 제1의 권선에는 제2의 2차전지의 충전 전압이 인가되고, 제2의 권선에는 제1의 2차전지의 충전 전압이 인가되게 된다.
이상에 의하면, 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.
(5) 본 발명은, (4)의 셀 밸런스 회로에 관해, 상기 제1의 스위치 및 상기 제4의 스위치와, 상기 제2의 스위치 및 상기 제3의 스위치를, 상기 제1의 2차전지 및 상기 제2의 2차전지의 충전시 및 방전시에 있어서 교대로 온 상태로 하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
여기서, 제1의 2차전지나 제2의 2차전지라는 2차전지는, 직류 전력을 출력한다. 이 때문에, 제1의 스위치 및 제4의 스위치를 온 상태 그대로로 하여 두거나, 제2의 스위치 및 제3의 스위치를 온 상태 그대로로 하여 두거나 하면, 제1의 권선 및 제2의 권선을 갖는 트랜스가 포화하여 버린다.
그래서, 본 발명에 의하면, (4)의 셀 밸런스 회로에서, 제1의 스위치 및 제4의 스위치와, 제2의 스위치 및 제3의 스위치를, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 충전시 및 방전시에 있어서 교대로 온 상태로 하는 것으로 하였다. 이 때문에, 제1의 스위치, 제2의 스위치, 제3의 스위치, 및 제4의 스위치의 온 오프를 전환할 때마다, 제1의 권선의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전함과 함께, 제2의 권선의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성도 반전한다. 이에 의하면, 트랜스가 포화하여 버리는 것을 방지할 수 있다.
(6) 본 발명은, (1) 내지 (3)의 어느 하나의 셀 밸런스 회로에 관해, 상기 스위칭 수단은, 비공진형 컨버터(예를 들면, 도 7 내지 11 참조)를 형성하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, (1) 내지 (3)의 어느 하나의 셀 밸런스 회로에서, 스위칭 수단은, 비공진형 컨버터를 형성하는 것으로 하였다. 이 때문에, 비공진형 컨버터에 마련된 스위치 소자를 적절히 스위칭시킴으로써, 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.
(7) 본 발명은, (1) 내지 (6)의 어느 하나의 셀 밸런스 회로에 관해, 상기 제1의 권선 및 상기 제2의 권선은, 철심에 권회되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, (1) 내지 (6)의 어느 하나의 셀 밸런스 회로에서, 제1의 권선 및 제2의 권선은, 철심에 권회되는 것으로 하였다. 이 때문에, 제1의 권선 및 제2의 권선이 철심에 권회되지 않은 경우, 즉 제1의 권선 및 제2의 권선이 공심(空心)인 경우에 비하여, 이들 제1의 권선 및 제2의 권선에서 발생하는 자속을 안정시킬 수 있기 때문에, 셀 밸런스를 보다 고정밀도로 안정시킬 수 있다.
(8) 본 발명은, (4) 또는 (5)의 셀 밸런스 회로를 복수 구비하는 셀 밸런스 장치(예를 들면, 도 6의 셀 밸런스 장치(1)에 상당)에 관해, 상기 제1의 스위치, 상기 제2의 스위치, 상기 제3의 스위치, 및 상기 제4의 스위치의 스위칭은, 상기 복수의 셀 밸런스 회로의 각각의 사이에서는 비동기(非同期)인 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 장치를 제안하고 있다.
여기서, (4) 또는 (5)의 셀 밸런스 회로가 복수 마련되어 있는 경우, 상술한 바와 같이, 복수의 셀 밸런스 회로의 각각에서, 쌍으로 마련된 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 충전 전압을 균일화시킬 수 있다. 이 때문에, 복수의 셀 밸런스 회로의 각각의 사이에서는, 제1의 스위치, 제2의 스위치, 제3의 스위치, 및 제4의 스위치의 스위칭을 동기시킬 필요가 없다.
그래서, 본 발명에 의하면, (4) 또는 (5)의 셀 밸런스 회로를 복수 구비하는 셀 밸런스 장치에 있어서, 제1의 스위치, 제2의 스위치, 제3의 스위치, 및 제4의 스위치의 스위칭을, 복수의 셀 밸런스 회로의 각각의 사이에서는 비동기로 하였다.
이 때문에, 복수의 셀 밸런스 회로의 각각에서, 독립하여, 제1의 스위치, 제2의 스위치, 제3의 스위치, 및 제4의 스위치를 스위칭시킬 수 있다. 따라서 이들 스위치의 스위칭을, 복수의 셀 밸런스 회로의 사이에서 동기시킬 필요가 없기 때문에, 스위칭의 제어를 용이하게 할 수 있고, 셀 밸런스 장치의 설계를 용이화할 수 있다.
(9) 본 발명은, 제1의 2차전지(예를 들면, 도 12의 2차전지(BT1)에 상당) 및 제2의 2차전지의 각각(예를 들면, 도 12의 2차전지(BT2)에 상당)의 충전 전압을 균일화하는 셀 밸런스 회로(예를 들면, 도 12의 셀 밸런스 회로(KK)에 상당)로서, 상기 제1의 2차전지와 쌍으로 마련된 제1의 1차 권선(예를 들면, 도 12의 1차 권선(W11)에 상당) 및 제1의 2차 권선(예를 들면, 도 12의 2차 권선(W12)에 상당)을 갖는 제1의 트랜스(예를 들면, 도 12의 트랜스(T1)에 상당)와, 상기 제2의 2차전지와 쌍으로 마련된 제2의 1차 권선(예를 들면, 도 12의 1차 권선(W21)에 상당) 및 제2의 2차 권선(예를 들면, 도 12의 2차 권선(W22)에 상당)을 갖는 제2의 트랜스(예를 들면, 도 12의 트랜스(T2)에 상당)와, 상기 제1의 2차전지의 충전 전압을 상기 제1의 1차 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 제1의 스위칭 수단(예를 들면, 도 12의 스위치(SW1)에 상당)을 구비하고, 상기 제1의 1차 권선의 권수와 상기 제1의 2차 권선의 권수가 다르고, 또한, 상기 제1의 1차 권선의 권수와 상기 제2의 1차 권선의 권수가 동등함과 함께, 상기 제1의 2차 권선의 권수와 상기 제2의 2차 권선의 권수가 동등하고, 상기 제1의 2차 권선과, 상기 제2의 2차 권선은 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 각각의 충전 전압을 균일화하는 셀 밸런스 회로에, 제1의 트랜스, 제2의 트랜스, 및 제1의 스위칭 수단을 마련하였다. 그리고, 제1의 트랜스에는, 제1의 2차전지와 쌍으로 제1의 1차 권선 및 제1의 2차 권선을 마련하였다. 또한, 제2의 트랜스에는, 제2의 2차전지와 쌍으로 제2의 1차 권선 및 제2의 2차 권선을 마련하였다. 또한, 제1의 스위칭 수단에 의해, 제1의 2차전지의 충전 전압을 제1의 1차 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 것으로 하였다. 이 때문에, 제1의 스위칭 수단에 의해, 제1의 1차 권선에 제1의 2차전지의 충전 전압을 인가시킬 수 있다.
제1의 1차 권선에 제1의 2차전지의 충전 전압이 인가되면, 제1의 1차 권선에서 자속이 발생하고, 이 자속이 제1의 2차 권선을 관통하게 된다. 이 자속을 ΦB, 제1의 2차 권선을 N으로 하면, 제1의 2차 권선에는, 상술한 식(1)으로 표시하는 기전력(ε)이 발생하게 된다.
여기서, 제1의 1차 권선에서 발생하는 자속은, 제1의 1차 권선에 인가되는 전압에 응하여 변화한다. 이 때문에, 제1의 2차 권선에 발생하는 기전력은, 제1의 2차전지의 충전 전압에 응하여 변화하게 된다.
제2의 1차 권선에서도, 상술한 제1의 1차 권선과 마찬가지로, 제2의 2차전지의 충전 전압이 인가되면 자속이 발생하고, 이 자속이 제2의 1차 권선을 관통하기 때문에, 제2의 1차 권선에는, 상술한 식(1)으로 표시한 바와 같은 기전력이 발생하게 된다. 그리고, 제2의 1차 권선에 발생하는 기전력은, 제2의 2차전지의 충전 전압에 응하여 변화하게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 제1의 1차 권선의 권수와 제1의 2차 권선의 권수를 다르게 할 수 있고, 또한, 제1의 1차 권선 및 제2의 1차 권선의 각각의 권수를 동등하게 함과 함께, 제1의 2차 권선 및 제2의 2차 권선의 각각의 권수를 동등하게 하였다. 이 때문에, 제1의 1차 권선과 제1의 2차 권선과의 권수비는, 제2의 1차 권선과 제2의 2차 권선과의 권수비와 동등하게 되기 때문에, 제1의 1차 권선의 권선 전압과, 제1의 2차 권선의 권선 전압의 비는, 제2의 1차 권선의 권선 전압과, 제2의 2차 권선의 권선 전압의 비와 동등하게 된다. 따라서 제1의 2차전지의 충전 전압과, 제1의 2차 권선의 권선 전압의 비는, 제2의 2차전지의 충전 전압과, 제2의 2차 권선의 권선 전압의 비와 동등하게 된다. 따라서, 제1의 2차전지의 충전 전압과, 제2의 2차전지의 충전 전압의 비는, 제1의 2차 권선의 권선 전압과, 제2의 2차 권선의 권선 전압의 비와 동등하게 된다.
이상에 의하면, 제1의 2차전지의 충전 전압과 제2의 2차전지의 충전 전압이 동등한 경우에는, 제1의 2차 권선의 권선 전압과, 제2의 2차 권선의 권선 전압이 동등하게 된다. 한편, 제1의 2차전지의 충전 전압이 제2의 2차전지의 충전 전압보다 낮은 경우에는, 제1의 2차 권선의 권선 전압이 제2의 2차 권선의 권선 전압보다 낮아진다. 또한, 제1의 2차전지의 충전 전압이 제2의 2차전지의 충전 전압보다 높은 경우에는, 제1의 2차 권선의 권선 전압이 제2의 2차 권선의 권선 전압보다 높아진다.
또한, 본 발명에 의하면, 제1의 2차 권선과, 제2의 2차 권선을 병렬 접속하였다. 이 때문에, 제1의 2차 권선의 권선 전압과, 제2의 2차 권선의 권선 전압은, 동등하게 되려고 한다.
이 때문에, 제1의 2차전지의 충전 전압과 제2의 2차전지의 충전 전압이 동등한 경우에는, 상술한 바와 같이 제1의 2차 권선의 권선 전압과, 제2의 2차 권선의 권선 전압이 동등하게 되기 때문에, 제1의 2차 권선과 제2의 2차 권선과의 사이에서 전류가 흐르지 않는다. 따라서 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지에는, 전류가 흐르지 않는다.
한편, 제1의 2차전지의 충전 전압이 제2의 2차전지의 충전 전압보다 낮은 경우에는, 상술한 바와 같이 제1의 2차 권선의 권선 전압이 제2의 2차 권선의 권선 전압보다 낮아지기 때문에, 이들 제1의 2차 권선의 권선 전압과 제2의 2차 권선의 권선 전압이 동등하게 될 때까지, 즉 제1의 2차전지의 충전 전압과 제2의 2차전지의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 제2의 2차 권선으로부터 제1의 2차 권선에 전류가 흐른다. 이 때문에, 제1의 2차전지의 충전 전압과 제2의 2차전지의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 제1의 1차 권선으로부터 제1의 2차전지에 전류가 흘러서, 제1의 2차전지가 충전된다. 또한, 제1의 2차전지의 충전 전압과 제2의 2차전지의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 제2의 2차전지로부터 제2의 1차 권선에 전류가 흘러서, 제2의 2차전지가 방전된다.
또한, 제1의 2차전지의 충전 전압이 제2의 2차전지의 충전 전압보다 높은 경우에는, 상술한 바와 같이 제1의 2차 권선의 권선 전압이 제2의 2차 권선의 권선 전압보다 높아지기 때문에, 이들 제1의 2차 권선의 권선 전압과 제2의 2차 권선의 권선 전압이 동등하게 될 때까지, 즉 제1의 2차전지의 충전 전압과 제2의 2차전지의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 제1의 2차 권선으로부터 제2의 2차 권선에 전류가 흐른다. 이 때문에, 제1의 2차전지의 충전 전압과 제2의 2차전지의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 제1의 2차전지로부터 제1의 1차 권선에 전류가 흘러서, 제1의 2차전지가 방전된다. 또한, 제1의 2차전지의 충전 전압과 제2의 2차전지의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 제2의 1차 권선으로부터 제2의 2차전지에 전류가 흘러서, 제2의 2차전지가 충전된다.
이상에 의해, 제1의 2차전지의 충전 전압과, 제2의 2차전지의 충전 전압이 동등하게 된다. 이 때문에, 상술한 특허 문헌 1에 나타나 있는 회로가 필요로 하고 있던 다이오드를 이용하지 않기 때문에, 제1의 2차전지와, 제2의 2차전지에 관해 충전 전압을 정확하게 균일화시킬 수 있다.
또한, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 충전시 및 방전시에 있어서, 제1의 스위칭 수단에 의해 제1의 2차전지의 충전 전압을 제1의 1차 권선에 인가시킴과 함께, 제2의 2차전지의 충전 전압을 제2의 1차 권선에 인가시킴으로써, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 충전시뿐만 아니라 방전시에도, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 충전 전압을 정확하게 균일화시킬 수 있고, 셀 밸런스를 안정시킬 수 있다.
또한, 제1의 2차전지나 제2의 2차전지의 충전 전압을 감시하는 일 없이, 제1의 스위칭 수단을 동작시킬 수 있다. 이 때문에, 제1의 2차전지나 제2의 2차전지의 충전 전압을 감시할 필요가 없어지기 때문에, 셀 밸런스 회로의 저비용화 및 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 충전시 및 방전시에 있어서 상술한 바와 같이 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 충전 전압을 각각 제1의 1차 권선 및 제2의 1차 권선에 인가시킴으로써, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 충전 전압에 차가 생기는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 일시적으로 열화 영역에 달하여 버리는 것을 방지하여, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 복수의 2차전지의 각각에 대해 상술한 바와 같이 저항을 하나씩 병렬 접속하는 경우, 이들 2차전지에 흘릴 수 있는 전류가, 이들 저항에 의해 제한되어 버린다. 이에 대해, 본 발명에서는, 셀 밸런스 회로에, 제1의 트랜스 및 제2의 트랜스는 마련하지만 저항은 마련하지 않는 것으로 하였다. 제1의 트랜스에 마련된 제1의 1차 권선 및 제1의 2차 권선의 저항치와, 제2의 트랜스에 마련된 제2의 1차 권선 및 제2의 2차 권선의 저항치는, 저항의 저항치에 비하여 대폭적으로 작기 때문에, 제1의 트랜스 및 제2의 트랜스에 의해 제한되는 전류는, 저항에 의해 제한되는 전류에 비하여 대폭적으로 작아진다. 이 때문에, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 각각에 대해 상술한 바와 같이 저항을 하나씩 병렬 접속하는 경우에 비하여, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지에 흘릴 수 있는 전류를 크게할 수 있다.
(10) 본 발명은, (9)의 셀 밸런스 회로에 관해, 상기 제2의 2차전지의 충전 전압을 상기 제2의 1차 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 제2의 스위칭 수단(예를 들면, 도 12의 스위치(SW2)에 상당)을 구비하고, 상기 제1의 스위칭 수단과 상기 제2의 스위칭 수단은, 동기하여 동작하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, (9)의 셀 밸런스 회로에서, 제2의 2차전지의 충전 전압을 제2의 1차 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 제2의 스위칭 수단을 마련하고, 제1의 스위칭 수단과 제2의 스위칭 수단을 동기하여 동작시키는 것으로 하였다. 이에 의하면, 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.
(11) 본 발명은, (10)의 셀 밸런스 회로에 관해, 상기 제1의 스위칭 수단은, 상기 제1의 2차전지의 일단과, 상기 제1의 1차 권선의 일단을 접속함과 함께, 당해 제1의 2차전지의 타단과, 당해 제1의 1차 권선의 타단을 접속하는 제1 수순과, 상기 제1의 2차전지의 일단과, 상기 제1의 1차 권선의 타단을 접속함과 함께, 당해 제1의 2차전지의 타단과, 당해 제1의 1차 권선의 일단을 접속하는 제2 수순을 행하고, 상기 제2의 스위칭 수단은, 상기 제2의 2차전지의 일단과, 상기 제2의 1차 권선의 일단을 접속함과 함께, 당해 제2의 2차전지의 타단과, 당해 제2의 1차 권선의 타단을 접속하는 제3 수순과, 상기 제2의 2차전지의 일단과, 상기 제2의 1차 권선의 타단을 접속함과 함께, 당해 제2의 2차전지의 타단과, 당해 제2의 1차 권선의 일단을 접속하는 제4 수순을 행하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
여기서, 제1의 2차전지나 제2의 2차전지라는 2차전지는, 직류 전력을 출력한다. 이 때문에, 제1의 2차전지의 충전 전압을 제1의 1차 권선에 단지 계속 인가하거나, 제2의 2차전지의 충전 전압을 제2의 1차 권선에 단지 계속 인가하거나 하면, 제1의 트랜스나 제2의 트랜스가 포화하여 버린다.
그래서, 본 발명에 의하면, (10)의 셀 밸런스 회로에서, 제1의 스위칭 수단에 의해 제1 수순 및 제2 수순을 행하고, 제2의 스위칭 수단에 의해 제3 수순 및 제4 수순을 행하는 것으로 하였다. 제1 수순에서는, 제1의 2차전지의 일단과, 제1의 1차 권선의 일단을 접속함과 함께, 제1의 2차전지의 타단과, 제1의 1차 권선의 타단을 접속하고, 제2 수순에서는, 제1의 2차전지의 일단과, 제1의 1차 권선의 타단을 접속함과 함께, 제1의 2차전지의 타단과, 제1의 1차 권선의 일단을 접속하는 것으로 하였다. 또한, 제3 수순에서는, 제2의 2차전지의 일단과, 제2의 1차 권선의 일단을 접속함과 함께, 제2의 2차전지의 타단과, 제2의 1차 권선의 타단을 접속하고, 제4 수순에서는, 제2의 2차전지의 일단과, 제2의 1차 권선의 타단을 접속함과 함께, 제2의 2차전지의 타단과, 제2의 1차 권선의 일단을 접속하는 것으로 하였다.
이에 의하면, 제1 수순으로부터 제2 수순으로 전환하거나, 제2 수순으로부터 제1 수순으로 전환하거나 할 때마다, 제1의 1차 권선의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전하게 된다. 또한, 제3 수순으로부터 제4 수순으로 전환하거나, 제4 수순으로부터 제3 수순으로 전환하거나 할 때마다, 제2의 1차 권선의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전하게 된다. 이 때문에, 제1의 트랜스나 제2의 트랜스가 포화하여 버리는 것을 방지할 수 있다.
(12) 본 발명은, (9) 내지 (11)의 어느 하나의 셀 밸런스 회로에 관해, 직류 전압을 출력하는 직류원(예를 들면, 도 14의 직류원(31)에 상당)과, 상기 직류원의 출력 전압을 상기 제1의 2차 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 제3의 스위칭 수단(예를 들면, 도 14의 스위치(SW3)에 상당)을 구비하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, (9) 내지 (11)의 어느 하나의 셀 밸런스 회로에서, 직류 전압을 출력하는 직류원과, 직류원의 출력 전압을 제1의 2차 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 제3의 스위칭 수단을 마련하였다. 이 때문에, 제3의 스위칭 수단에 의해 직류원의 출력 전압을 제1의 2차 권선에 인가시키면, 직류원의 출력 전압과, 제1의 2차 권선의 권선 전압은, 동등하게 되려고 한다. 또한, 직류원의 출력 전압을 제2의 2차 권선에 인가시키면, 직류원의 출력 전압과, 제2의 2차 권선의 권선 전압은, 동등하게 되려고 한다. 따라서 제1의 2차 권선의 권선 전압과, 제2의 2차 권선의 권선 전압은, 동등하게 되려고 하기 때문에, 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.
(13) 본 발명은, (12)의 셀 밸런스 회로에 관해, 상기 제2의 2차전지의 충전 전압을 상기 제2의 1차 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 제2의 스위칭 수단(예를 들면, 도 14의 스위치(SW2)에 상당)과, 상기 직류원의 출력 전압을 상기 제2의 2차 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 제4의 스위칭 수단(예를 들면, 도 14의 스위치(SW4)에 상당)을 구비하고, 상기 제1의 스위칭 수단과 상기 제3의 스위칭 수단은, 동기하여 동작하고, 상기 제2의 스위칭 수단과 상기 제4의 스위칭 수단은, 동기하여 동작하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, (12)의 셀 밸런스 회로에서, 제2의 2차전지의 충전 전압을 제2의 1차 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 제2의 스위칭 수단과, 직류원의 출력 전압을 제2의 2차 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 제4의 스위칭 수단을 마련하고, 제1의 스위칭 수단과 제3의 스위칭 수단을 동기하여 동작시킴과 함께, 제2의 스위칭 수단과 제4의 스위칭 수단을 동기하여 동작시키는 것으로 하였다. 이에 의하면, 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.
(14) 본 발명은, (13)의 셀 밸런스 회로에 관해, 상기 제3의 스위칭 수단은, 상기 직류원의 고전위측 단자와, 상기 제1의 2차 권선의 일단을 접속함과 함께, 당해 직류원의 저전위측 단자와, 당해 제1의 2차 권선의 타단을 접속하는 제5 수순과, 상기 직류원의 고전위측 단자와, 상기 제1의 2차 권선의 타단을 접속함과 함께, 당해 직류원의 저전위측 단자와, 당해 제1의 2차 권선의 일단을 접속하는 제6 수순을 행하고, 상기 제4의 스위칭 수단은, 상기 직류원의 고전위측 단자와, 상기 제2의 2차 권선의 일단을 접속함과 함께, 당해 직류원의 저전위측 단자와, 당해 제2의 2차 권선의 타단을 접속하는 제7 수순과, 상기 직류원의 고전위측 단자와, 상기 제2의 2차 권선의 타단을 접속함과 함께, 당해 직류원의 저전위측 단자와, 당해 제2의 2차 권선의 일단을 접속하는 제8 수순을 행하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, (13)의 셀 밸런스 회로에서, 제3의 스위칭 수단에 의해 제5 수순 및 제6 수순을 행하고, 제4의 스위칭 수단에 의해 제7 수순 및 제8 수순을 행하는 것으로 하였다. 제5 수순에서는, 직류원의 고전위측 단자와, 제1의 2차 권선의 일단을 접속함과 함께, 직류원의 저전위측 단자와, 제1의 2차 권선의 타단을 접속하고, 제6 수순에서는, 직류원의 고전위측 단자와, 제1의 2차 권선의 타단을 접속함과 함께, 직류원의 저전위측 단자와, 제1의 2차 권선의 일단을 접속하는 것으로 하였다. 또한, 제7 수순에서는, 직류원의 고전위측 단자와, 제2의 2차 권선의 일단을 접속함과 함께, 직류원의 저전위측 단자와, 제2의 2차 권선의 타단을 접속하고, 제8 수순에서는, 직류원의 고전위측 단자와, 제2의 2차 권선의 타단을 접속함과 함께, 직류원의 저전위측 단자와, 제2의 2차 권선의 일단을 접속하는 것으로 하였다.
여기서, 제1의 1차 권선의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전하면, 제1의 2차 권선의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성도 반전한다. 그래서, 제1의 1차 권선의 권선 전압의 극성 반전에 응하여, 제1의 2차 권선의 일단 및 타단 중, 직류원의 고전위측 단자에 접속하는 것을 제3의 스위칭 수단에 의해 전환함으로써, 제1의 2차 권선의 일단 및 타단 중 고전위인 쪽을, 직류원의 고전위측 단자에 계속 접속시킬 수 있다. 이 때문에, 제1의 1차 권선에 교류 전압이 인가되는 경우라도, 제1의 2차 권선과 직류원과의 사이의 배선의 전압은, 직류가 된다. 따라서 교류라면 배선의 인덕터 성분의 영향을 받게 되지만, 직류이기 때문에 배선의 인덕터 성분의 영향을 억제할 수 있고, 제1의 2차 권선과 직류원과의 사이의 배선을 길게 할 수 있다. 제2의 2차 권선과 직류원과의 사이의 배선의 전압에 관해서도, 제1의 2차 권선과 직류원과의 사이의 배선의 전압과 마찬가지로 직류로 되기 때문에, 제2의 2차 권선과 직류원과의 사이의 배선도 길게 할 수 있다. 이상에 의하면, 셀 밸런스 회로의 설계를 용이화할 수 있다.
또한, 제1의 2차 권선과 직류원과의 사이의 배선의 전압과, 제2의 2차 권선과 직류원과의 사이의 배선의 전압은, 상술한 바와 같이 어느 쪽도 직류가 된다. 이 때문에, 제1의 1차 권선의 권선 전압의 극성 반전에 동기하여 제3의 스위칭 수단을 제어함과 함께, 제2의 1차 권선의 권선 전압의 극성 반전에 동기하여 제4의 스위칭 수단을 제어하고 있으면, 제3의 스위칭 수단과 제4의 스위칭 수단은 비동기 제어라도 좋다. 따라서 제3의 스위칭 수단 및 제4의 스위칭 수단의 배치 및 제어를 용이하게 할 수 있고, 셀 밸런스 회로의 설계를 더욱 용이화할 수 있다.
(15) 본 발명은, (9) 내지 (14)의 어느 하나의 셀 밸런스 회로에 관해, 상기 제1의 트랜스 및 상기 제2의 트랜스는, 각각, 서로 분리된 철심을 구비하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
여기서 가령, 제1의 2차전지와 제2의 2차전지가 근접 배치되지 않은 경우에 관해 검토한다. 이 경우, 제1의 트랜스의 철심과, 제2의 트랜스의 철심이 일체로 형성되어 있으면, 셀 밸런스 회로의 설계가 곤란해진다.
그래서, 본 발명에 의하면, (9) 내지 (14)의 어느 하나의 셀 밸런스 회로에서, 제1의 트랜스 및 제2의 트랜스는, 각각, 서로 분리된 철심을 구비하는 것으로 하였다. 이 때문에, 제1의 2차전지와 제2의 2차전지가 근접 배치되지 않은 경우에, 제1의 2차전지의 부근에 제1의 트랜스를 마련함과 함께, 제2의 2차전지의 부근에 제2의 트랜스를 마련할 수 있다. 따라서 셀 밸런스 회로의 설계를 용이화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, (9) 내지 (14)의 어느 하나의 셀 밸런스 회로에서, 상술한 바와 같이, 제1의 트랜스 및 제2의 트랜스는, 각각, 철심을 구비하는 것으로 하였다. 이 때문에, 철심이 마련되지 않은 경우에 비하여, 제1의 트랜스 및 제2의 트랜스에서 발생하는 자속을 안정시킬 수 있기 때문에, 셀 밸런스를 보다 고정밀도로 안정시킬 수 있다.
(16) 본 발명은, (9) 내지 (15)의 어느 하나의 셀 밸런스 회로에 관해, 상기 제1의 2차 권선 및 상기 제2의 2차 권선의 권수는, 상기 제1의 1차 권선 및 상기 제2의 1차 권선의 권수보다 큰 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, (9) 내지 (15)의 어느 하나의 셀 밸런스 회로에서, 제1의 2차 권선 및 제2의 2차 권선의 권수는, 제1의 1차 권선 및 제2의 1차 권선의 권수보다 큰 것으로 하였다. 이 때문에, 제1의 2차 권선과 직류원과의 사이에 흐르는 전류를, 제1의 1차 권선에 흐르는 전류보다 작게 할 수 있음과 함께, 제2의 2차 권선과 직류원과의 사이에 흐르는 전류를, 제2의 1차 권선에 흐르는 전류보다 작게 할 수 있다. 따라서 제1의 2차 권선이나 제2의 2차 권선에서의 손실을 저감할 수 있다.
(17) 본 발명은, (9) 내지 (16)의 어느 하나의 셀 밸런스 회로에 관해, 상기 제1의 스위칭 수단은, 비공진형 컨버터(예를 들면, 도 7 내지 11 참조)를 형성하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, (9) 내지 (16)의 어느 하나의 셀 밸런스 회로에서, 제1의 스위칭 수단은, 비공진형 컨버터를 형성하는 것으로 하였다. 이 때문에, 비공진형 컨버터에 마련된 스위치 소자를 적절히 스위칭시킴으로써, 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.
본 발명에 의하면, 저비용화 및 소형화와, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 열화의 억제를 실현하면서, 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 충방전시에 충전 전압의 균일화를 행할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로의 회로도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로의 등가 회로도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로의 등가 회로도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로의 등가 회로도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로의 회로도.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로를 구비하는 셀 밸런스 장치의 회로도.
도 7은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로의 회로도.
도 8은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로의 회로도.
도 9는 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로의 회로도.
도 10은 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로의 회로도.
도 11은 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로의 회로도.
도 12는 본 발명의 제9 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로의 회로도.
도 13은 본 발명의 제10 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로의 회로도.
도 14는 본 발명의 제11 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로의 회로도.
도 15는 본 발명의 제12 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로의 회로도.
도 16은 본 발명의 제13 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로의 회로도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관해 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태에서의 구성 요소는 적절히, 기존의 구성 요소 등과의 치환이 가능하고, 또한, 다른 기존의 구성 요소와의 조합을 포함한 다양한 변형이 가능하다. 따라서 이하의 실시 형태의 기재로써, 특허청구의 범위에 기재된 발명의 내용을 한정하는 것이 아니다.
<제1 실시 형태>
[셀 밸런스 회로(AA)의 구성]
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(AA)의 회로도이다. 셀 밸런스 회로(AA)는, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 균일화한다. 2차전지(BT1, BT2)는, 도시하지 않은 충전 회로에 접속되어 있고, 이 충전 회로에 의해 충전됨과 함께, 도시하지 않은 부하에 접속되어 있고, 이 부하의 요구에 응하여 부하에 전력을 공급함으로써 방전된다.
셀 밸런스 회로(AA)는, 트랜스(T)와, 2차전지(BT1)와 쌍으로 마련된 스위치(SW1)와, 2차전지(BT2)와 쌍으로 마련된 스위치(SW2)를 구비한다. 스위치(SW1, SW2)는, 예를 들면 MOSFET나 IGBT나 BJT로 구성된다. 트랜스(T)는, 2차전지(BT1)와 쌍으로 마련된 제1의 권선(Wa)과, 2차전지(BT2)와 쌍으로 마련된 제2의 권선(Wb)을 구비한다. 제1의 권선(Wa)과 제2의 권선(Wb)은, 동일한 철심에 권회되어 있고, 제1의 권선(Wa)의 권수와, 제2의 권선(Wb)의 권수는 동등학다.
제1의 권선(Wa)의 일단에는, 2차전지(BT1)의 일단이 접속되고, 제1의 권선(Wa)의 타단에는, 스위치(SW1)를 통하여 2차전지(BT1)의 타단이 접속된다. 제2의 권선(Wb)의 일단에는, 2차전지(BT2)의 일단이 접속되고, 제2의 권선(Wb)의 타단에는, 스위치(SW2)를 통하여 2차전지(BT2)의 타단이 접속된다.
[셀 밸런스 회로(AA)의 동작]
이상의 구성을 구비하는 셀 밸런스 회로(AA)는, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 다르면, 이들 2차전지(BT1, BT2)에 전류를 흘려서, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 균일화한다. 구체적인 셀 밸런스 회로(AA)의 동작에 관해, 이하에 상세히 기술한다.
셀 밸런스 회로(AA)는, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 도시하지 않은 제어부에 의해, 스위치(SW1)와 스위치(SW2)를 동기 제어한다. 스위치(SW1, SW2)가 온 상태가 되면, 제1의 권선(Wa)에는 2차전지(BT1)의 충전 전압이 인가되고, 제2의 권선(Wb)에는 2차전지(BT2)의 충전 전압이 인가되게 된다.
제1의 권선(Wa)에 2차전지(BT1)의 충전 전압이 인가되면, 제1의 권선(Wa)에서 자속이 발생하고, 이 자속이 제2의 권선(Wb)을 관통하기 때문에, 제2의 권선(Wb)에는, 상술한 식(1)으로 표시한 바와 같은 기전력이 발생하게 된다.
여기서, 제1의 권선(Wa)에서 발생하는 자속은, 제1의 권선(Wa)에 인가되는 전압에 응하여 변화한다. 이 때문에, 제2의 권선(Wb)에 발생하는 기전력은, 2차전지(BT1)의 충전 전압에 응하여 변화하게 된다.
제2의 권선(Wb)에서도, 상술한 제1의 권선(Wa)과 마찬가지로, 2차전지(BT2)의 충전 전압이 인가되면 자속이 발생하고, 이 자속이 제1의 권선(Wa)을 관통하기 때문에, 제1의 권선(Wa)에는, 상술한 식(1)으로 표시한 바와 같은 기전력이 발생하게 된다. 그리고, 제1의 권선(Wa)에 발생하는 기전력은, 2차전지(BT2)의 충전 전압에 응하여 변화하게 된다.
여기서, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등한 경우에는, 상술한 식(2)과 같이, 제1의 권선(Wa)에 전류가 흐르지 않음과 함께, 상술한 식(3)과 같이, 제2의 권선(Wb)에 전류가 흐르지 않기 때문에, 2차전지(BT1) 및 2차전지(BT2)에는, 전류가 흐르지 않는다.
한편, 2차전지(BT1)의 충전 전압이 2차전지(BT2)의 충전 전압보다 낮은 경우에는, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 상술한 식(2)으로 정하여지는 전류가 제1의 권선(Wa)으로부터 2차전지(BT1)에 흘러서, 2차전지(BT1)가 충전된다. 또한, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 상술한 식(3)으로 정하여지는 전류가 2차전지(BT2)로부터 제2의 권선(Wb)에 흘러서, 2차전지(BT2)가 방전된다.
또한, 2차전지(BT1)의 충전 전압이 2차전지(BT2)의 충전 전압보다 높은 경우에는, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 상술한 식(2)으로 정하여지는 전류가 2차전지(BT1)로부터 제1의 권선(Wa)에 흘러서, 2차전지(BT1)가 방전된다. 또한, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 상술한 식(3)으로 정하여지는 전류가 제2의 권선(Wb)으로부터 2차전지(BT2)에 흘러서, 2차전지(BT2)가 충전된다.
이상에 의해, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 2차전지(BT1)의 충전 전압과, 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등하게 된다.
이상의 셀 밸런스 회로(AA)에 의하면, 이하의 효과를 이룰 수 있다.
셀 밸런스 회로(AA)는, 상술한 특허 문헌 1에 나타나 있는 회로가 필요로 하고 있던 다이오드를 이용하는 일 없이, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 균일화한다. 또한, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압의 균일화를, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에서 행한다. 이 때문에, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시뿐만 아니라 방전시에도, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 정확하게 균일화시킬 수 있고, 셀 밸런스를 안정시킬 수 있다.
또한, 셀 밸런스 회로(AA)는, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 이용하는 일 없이, 이들 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 동등하게 할 수 있다. 이 때문에, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 감시할 필요가 없어지기 때문에, 셀 밸런스 회로(AA)의 저비용화 및 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 셀 밸런스 회로(AA)는, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 동등하게 할 수 있기 때문에, 일시적으로 열화 영역에 달하여 버리는 것을 방지하여, 이들 2차전지(BT1, BT2)의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 복수의 2차전지의 각각에 대해 상술한 바와 같이 저항을 하나씩 병렬 접속하는 경우, 이들 2차전지에 흘릴 수 있는 전류가, 이들 저항에 의해 제한되어 버린다. 이에 대해, 셀 밸런스 회로(AA)에는, 트랜스(T)는 마련되어 있지만, 저항은 마련되어 있지 않다. 트랜스(T)에 마련된 제1의 권선(Wa) 및 제2의 권선(Wb)의 저항치는, 저항의 저항치에 비하여 대폭적으로 작기 때문에, 트랜스(T)에 의해 제한되는 전류는, 저항에 의해 제한되는 전류에 비하여 대폭적으로 작아진다. 이 때문에, 2차전지(BT1, BT2)의 각각에 대해 상술한 바와 같이 저항을 하나씩 병렬 접속하는 경우에 비하여, 2차전지(BT1, BT2)에 흘릴 수 있는 전류를 크게할 수 있다.
또한, 제1의 권선(Wa)과 제2의 권선(Wb)은, 동일한 철심에 권회되어 있다. 이 때문에, 제1의 권선(Wa)과 제2의 권선(Wb)이 철심에 권회되지 않은 경우, 즉 제1의 권선(Wa) 및 제2의 권선(Wb)이 공심인 경우에 비하여, 이들 제1의 권선(Wa) 및 제2의 권선(Wb)에서 발생하는 자속을 안정시킬 수 있기 때문에, 셀 밸런스를 보다 고정밀도로 안정시킬 수 있다.
<제2 실시 형태>
[셀 밸런스 회로(BB)의 구성]
도 5는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(BB)의 회로도이다. 셀 밸런스 회로(BB)는, 도 1에 도시한 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(AA)를 변형시킨 것이다. 이 셀 밸런스 회로(AA)와 셀 밸런스 회로(BB)와의 관계에 관해, 도 2 내지 4를 이용하여 설명한다.
도 1의 셀 밸런스 회로(AA)는, 도 2와 같이 도시할 수도 있다.
도 3은, 셀 밸런스 회로(AB)의 회로도이다. 셀 밸런스 회로(AB)는, 도 2에 도시한 셀 밸런스 회로(AA)의 등가 회로이다. 셀 밸런스 회로(AB)는, 셀 밸런스 회로(AA)와는, 2차전지(BT1, BT2)가 직렬 접속되어 있는 점이 다르다. 셀 밸런스 회로(AB)에서, 셀 밸런스 회로(AA)와 동일 구성 요건에 관해서는, 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 3에 도시한 셀 밸런스 회로(AB)는, 도 4와 같이 도시할 수도 있다.
도 4에 도시한 셀 밸런스 회로(AB)에 관해서도, 스위치(SW1, SW2)를 제어함으로써, 셀 밸런스 회로(AA)와 같은 효과를 이룰 수 있다. 그런데, 2차전지(BT1, BT2)는 직류 전력을 출력하기 때문에, 상술한 도 1 내지 4에 도시한 셀 밸런스 회로(AA)나 셀 밸런스 회로(AB)에서는, 스위치(SW1)나 스위치(SW2)를 온 상태 그대로로 하여 두면, 트랜스(T)가 포화하여 버린다. 이 트랜스(T)의 포화를 방지할 수 있는 것이, 도 5에 도시한 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(BB)이다.
셀 밸런스 회로(BB)는, 도 4에 도시한 셀 밸런스 회로(AB)와는, 스위치(SW1, SW2) 대신에 스위치(Sa, Sb, Sc, Sd)를 구비하는 점이 다르다. 스위치(Sa, Sb, Sc, Sd)는, 예를 들면 MOSFET나 IGBT나 BJT로 구성된다. 셀 밸런스 회로(BB)에서, 도 4에 도시한 셀 밸런스 회로(AB)와 동일 구성 요건에 관해서는, 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
제1의 권선(Wa)의 타단과, 제2의 권선(Wb)의 일단에는, 2차전지(BT1)의 타단과, 2차전지(BT2)의 일단이 접속된다. 제1의 권선(Wa)의 일단에는, 스위치(Sa)를 통하여 2차전지(BT1)의 일단이 접속됨과 함께, 스위치(Sb)를 통하여 2차전지(BT2)의 타단이 접속된다. 제2의 권선(Wb)의 타단에는, 스위치(Sc)를 통하여 2차전지(BT1)의 일단이 접속됨과 함께, 스위치(Sd)를 통하여 2차전지(BT2)의 타단이 접속된다.
[셀 밸런스 회로(BB)의 동작]
셀 밸런스 회로(BB)는, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 다르면, 이들 2차전지(BT1, BT2)에 전류를 흘려서, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 균일화한다. 구체적인 셀 밸런스 회로(BB)의 동작에 관해, 이하에 상세히 기술한다.
셀 밸런스 회로(BB)는, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 도시하지 않은 제어부에 의해, 스위치(Sa) 및 스위치(Sd)와, 스위치(Sb) 및 스위치(Sc)를 듀티비 50%로 교대로 온 상태로 한다.
스위치(Sa) 및 스위치(Sd)를 온 상태로 함과 함께, 스위치(Sb) 및 스위치(Sc)를 오프 상태로 한 경우에는, 제1의 권선(Wa)에 2차전지(BT1)의 충전 전압이 인가되고, 제2의 권선(Wb)에 2차전지(BT2)의 충전 전압이 인가되게 된다. 한편, 스위치(Sa) 및 스위치(Sd)를 오프 상태로 함과 함께, 스위치(Sb) 및 스위치(Sc)를 온 상태로 한 경우에는, 제1의 권선(Wa)에 2차전지(BT2)의 충전 전압이 인가되고, 제2의 권선(Wb)에 2차전지(BT1)의 충전 전압이 인가되게 된다. 단, 스위치(Sa) 및 스위치(Sd)를 온 상태로 함과 함께, 스위치(Sb) 및 스위치(Sc)를 오프 상태로 한 경우와, 스위치(Sa) 및 스위치(Sd)를 오프 상태로 함과 함께, 스위치(Sb) 및 스위치(Sc)를 온 상태로 한 경우에서는, 제1의 권선(Wa)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전함과 함께, 제2의 권선(Wb)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성도 반전한다.
이상의 셀 밸런스 회로(BB)에 의하면, 도 1에 도시한 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(AA)가 이룰 수 있는 상술한 효과에 더하여, 이하의 효과를 이룰 수 있다.
스위치(Sa) 및 스위치(Sd)와, 스위치(Sb) 및 스위치(Sc)를 듀티비 50%로 교대로 온 상태로 한다. 이 때문에, 스위치(Sa, Sb, Sc, Sd)의 온 오프를 전환할 때마다, 제1의 권선(Wa)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전함과 함께, 제2의 권선(Wb)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성도 반전한다. 이에 의하면, 트랜스(T)가 포화하여 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 스위치(Sa, Sb, Sc, Sd)의 각각의 듀티비는, 50%이다. 이 때문에, 셀 밸런스 회로(AA)는, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 보다 정확하게 균일화시킬 수 있다.
<제3 실시 형태>
[셀 밸런스 장치(1)의 구성]
도 6은, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(CC, DD)를 구비하는 셀 밸런스 장치(1)의 회로도이다. 셀 밸런스 장치(1)는, 직렬 접속된 2차전지(BT1 내지 BT3)의 각각의 충전 전압을 균일화한다. 2차전지(BT1 내지 BT3)는, 도시하지 않은 충전 회로에 접속되어 있고, 이 충전 회로에 의해 충전됨과 함께, 도시하지 않은 부하에 접속되어 있고, 이 부하의 요구에 응하여 부하에 전력을 공급함으로써 방전된다.
셀 밸런스 장치(1)는, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 균일화하는 셀 밸런스 회로(CC)와, 2차전지(BT2, BT3)의 각각의 충전 전압을 균일화하는 셀 밸런스 회로(DD)를 구비한다. 셀 밸런스 회로(CC, DD)의 각각은, 도 5에 도시한 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(BB)와는, 2차전지(BT1, BT2)의 각각과 일체로 마련된 점이 다르다. 또한, 셀 밸런스 회로(CC, DD)에서, 셀 밸런스 회로(BB)와 동일 구성 요건에 관해서는, 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
[셀 밸런스 장치(1)의 동작]
이상의 구성을 구비하는 셀 밸런스 장치(1)는, 2차전지(BT1 내지 BT3)의 충전시 및 방전시에 있어서, 셀 밸런스 회로(BB)와 마찬가지로 셀 밸런스 회로(CC, DD)를 동작시킴으로써, 2차전지(BT1 내지 BT3)의 각각의 충전 전압을 균일화한다.
이상의 셀 밸런스 회로(CC, DD)의 각각에 의하면, 도 5에 도시한 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(BB)가 이룰 수 있는 상술한 효과에 더하여, 이하의 효과를 이룰 수 있다.
셀 밸런스 회로(CC)와 2차전지(BT1)가 일체로 마련됨과 함께, 셀 밸런스 회로(DD)와 2차전지(BT2)가 일체로 마련되기 때문에, 이들이 별개로 마련된 경우에 비하여, 소형화할 수 있다.
또한, 이상의 셀 밸런스 장치(1)에 의하면, 이하의 효과를 이룰 수 있다.
2차전지(BT1 내지 BT3)의 충전시 및 방전시에 있어서, 셀 밸런스 회로(CC)에 의해 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 균일화하고, 셀 밸런스 회로(DD)에 의해 2차전지(BT2, BT3)의 각각의 충전 전압을 균일화한다. 이 때문에, 셀 밸런스 장치(1)는, 2차전지(BT1 내지 BT3)의 충전시뿐만 아니라 방전시에도, 2차전지(BT1 내지 BT3)의 각각의 충전 전압을 균일화시킬 수 있고, 셀 밸런스를 안정시킬 수 있다.
또한, 스위치(Sa, Sb, Sc, Sd)의 스위칭을, 셀 밸런스 회로(CC)와 셀 밸런스 회로(DD)와의 사이에서 비동기로 할 수 있다. 이 때문에, 이들 스위치(Sa, Sb, Sc, Sd)의 스위칭을, 셀 밸런스 회로(CC)와 셀 밸런스 회로(DD)와의 사이에서 동기시킬 필요가 없기 때문에, 스위칭의 제어를 용이하게 할 수 있고, 셀 밸런스 장치(1)의 설계를 용이화할 수 있다.
<제4 실시 형태>
[셀 밸런스 회로(EE)의 구성]
도 7은, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(EE)의 회로도이다. 셀 밸런스 회로(EE)는, 도 5에 도시한 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(BB)와는, 스위치(Sa, Sb, Sc, Sd) 대신에 N채널 MOSFET로 구성된 스위치 소자(Q1 내지 Q8)를 구비하는 점이 다르다. 또한, 셀 밸런스 회로(EE)에서, 셀 밸런스 회로(BB)와 동일 구성 요건에 관해서는, 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
스위치 소자(Q1 내지 Q4)는, 2차전지(BT1)와 쌍으로 마련되고, 이른바 풀브리지형 회로를 형성한다. 구체적으로는, 스위치 소자(Q1)의 드레인과, 스위치 소자(Q3)의 드레인에는, 2차전지(BT1)의 일단이 접속된다. 스위치 소자(Q1)의 소스에는, 스위치 소자(Q2)의 드레인과, 제1의 권선(Wa)의 일단이 접속된다. 스위치 소자(Q3)의 소스에는, 스위치 소자(Q4)의 드레인과, 제1의 권선(Wa)의 타단이 접속된다. 스위치 소자(Q2)의 소스와, 스위치 소자(Q4)의 소스에는, 2차전지(BT1)의 타단이 접속된다.
스위치 소자(Q5 내지 Q8)에 관해서도, 상술한 스위치 소자(Q1 내지 Q4)와 마찬가지로, 2차전지(BT2)와 쌍으로 마련되고, 이른바 풀브리지형 회로를 형성한다.
[셀 밸런스 회로(EE)의 동작]
셀 밸런스 회로(EE)는, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 다르면, 이들 2차전지(BT1, BT2)에 전류를 흘려서, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 균일화한다. 구체적인 셀 밸런스 회로(EE)의 동작에 관해, 이하에 상세히 기술한다.
셀 밸런스 회로(EE)는, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 도시하지 않은 제어부에 의해, 스위치 소자(Q1, Q4, Q5, Q8)와, 스위치 소자(Q2, Q3, Q6, Q7)를 듀티비 50%로 교대로 온 상태로 한다. 이에 의하면, 제1의 권선(Wa)에는 2차전지(BT1)의 충전 전압이 인가되고, 제2의 권선(Wb)에는 2차전지(BT2)의 충전 전압이 인가되게 된다. 또한, 셀 밸런스 회로(BB)와 마찬가지로, 스위치 소자(Q1 내지 Q8)의 스위칭에 응하여, 제1의 권선(Wa)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전함과 함께, 제2의 권선(Wb)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성도 반전하게 된다.
이상의 셀 밸런스 회로(EE)에 의하면, 도 5에 도시한 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(BB)가 이룰 수 있는 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.
<제5 실시 형태>
[셀 밸런스 회로(FF)의 구성]
도 8은, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(FF)의 회로도이다. 셀 밸런스 회로(FF)는, 도 7에 도시한 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(EE)와는, 스위치 소자(Q1, Q2, Q5, Q6) 대신에 커패시터(C1 내지 C4)를 구비하는 점이 다르다. 또한, 셀 밸런스 회로(FF)에서, 셀 밸런스 회로(EE)와 동일 구성 요건에 관해서는, 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
스위치 소자(Q3, Q4) 및 커패시터(C1, C2)는, 2차전지(BT1)와 쌍으로 마련되고, 이른바 하프브리지형 회로를 형성한다. 구체적으로는, 커패시터(C1)의 한쪽의 전극에는, 2차전지(BT1)의 일단이 접속되고, 커패시터(C1)의 다른쪽의 전극에는, 커패시터(C2)의 한쪽의 전극과, 제1의 권선(Wa)의 일단이 접속된다. 커패시터(C2)의 다른쪽의 전극에는, 2차전지(BT1)의 타단이 접속된다.
스위치 소자(Q7, Q8) 및 커패시터(C3, C4)에 관해서도, 상술한 스위치 소자(Q3, Q4) 및 커패시터(C1, C2)와 마찬가지로, 2차전지(BT2)와 쌍으로 마련되고, 이른바 하프브리지형 회로를 형성한다.
[셀 밸런스 회로(FF)의 동작]
셀 밸런스 회로(FF)는, 셀 밸런스 회로(EE)와 마찬가지로, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 다르면, 이들 2차전지(BT1, BT2)에 전류를 흘려서, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 균일화한다.
이상의 셀 밸런스 회로(FF)에 의하면, 도 7에 도시한 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(EE)가 이룰 수 있는 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.
<제6 실시 형태>
[셀 밸런스 회로(GG)의 구성]
도 9는, 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(GG)의 회로도이다. 셀 밸런스 회로(GG)는, 도 7에 도시한 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(EE)와는, 스위치 소자(Q2, Q3, Q6, Q7) 대신에 다이오드(D1 내지 D4)를 구비하는 점이 다르다. 또한, 셀 밸런스 회로(GG)에서, 셀 밸런스 회로(EE)와 동일 구성 요건에 관해서는, 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
스위치 소자(Q1, Q4) 및 다이오드(D1, D2)는, 2차전지(BT1)와 쌍으로 마련되고, 이른바 포워드형 회로를 형성한다. 구체적으로는, 다이오드(D1)의 캐소드에는, 2차전지(BT1)의 일단이 접속되고, 다이오드(D1)의 애노드에는, 스위치 소자(Q4)의 드레인과, 제1의 권선(Wa)의 타단이 접속된다. 다이오드(D2)의 캐소드에는, 스위치 소자(Q1)의 소스와, 제1의 권선(Wa)의 일단이 접속되고, 다이오드(D2)의 애노드에는, 2차전지(BT1)의 타단이 접속된다.
스위치 소자(Q5, Q8) 및 다이오드(D3, D4)에 관해서도, 상술한 스위치 소자(Q1, Q4) 및 다이오드(D1, D2)와 마찬가지로, 2차전지(BT2)와 쌍으로 마련되고, 이른바 포워드형 회로를 형성한다.
[셀 밸런스 회로(GG)의 동작]
셀 밸런스 회로(GG)는, 셀 밸런스 회로(EE)와 마찬가지로, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 다르면, 이들 2차전지(BT1, BT2)에 전류를 흘려서, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 균일화한다.
이상의 셀 밸런스 회로(GG)에 의하면, 도 7에 도시한 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(EE)가 이룰 수 있는 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.
<제7 실시 형태>
[셀 밸런스 회로(HH)의 구성]
도 10은, 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(HH)의 회로도이다. 셀 밸런스 회로(HH)는, 도 7에 도시한 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(EE)와는, 스위치 소자(Q1, Q3, Q5, Q7)를 구비하지 않는 점과, 제1의 권선(Wa)의 중점(中點) 및 제2의 권선(Wb)의 중점을 이용하는 점이 다르다. 또한, 셀 밸런스 회로(HH)에서, 셀 밸런스 회로(EE)와 동일 구성 요건에 관해서는, 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
스위치 소자(Q2, Q4)는, 2차전지(BT1)와 쌍으로 마련되고, 이른바 푸시풀형 회로를 형성한다. 구체적으로는, 스위치 소자(Q2)의 드레인에는, 제1의 권선(Wa)의 일단이 접속되고, 스위치 소자(Q4)의 드레인에는, 제1의 권선(Wa)의 타단이 접속된다. 스위치 소자(Q2)의 소스와, 스위치 소자(Q4)의 소스에는, 2차전지(BT1)의 타단이 접속된다. 2차전지(BT1)의 일단에는, 제1의 권선(Wa)의 중점이 접속된다.
스위치 소자(Q6, Q8)에 관해서도, 상술한 스위치 소자(Q2, Q4)와 마찬가지로, 2차전지(BT2)와 쌍으로 마련되고, 이른바 푸시풀형 회로를 형성한다.
[셀 밸런스 회로(HH)의 동작]
셀 밸런스 회로(HH)는, 셀 밸런스 회로(EE)와 마찬가지로, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 다르면, 이들 2차전지(BT1, BT2)에 전류를 흘려서, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 균일화한다.
이상의 셀 밸런스 회로(HH)에 의하면, 도 7에 도시한 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(EE)가 이룰 수 있는 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.
<제8 실시 형태>
[셀 밸런스 회로(JJ)의 구성]
도 11은, 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(JJ)의 회로도이다. 셀 밸런스 회로(JJ)는, 도 7에 도시한 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(EE)와는, 스위치 소자(Q1, Q2, Q5, Q6) 대신에 커패시터(C5, C6)을 구비하는 점이 다르다. 또한, 셀 밸런스 회로(JJ)에서, 셀 밸런스 회로(EE)와 동일 구성 요건에 관해서는, 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
스위치 소자(Q3, Q4) 및 커패시터(C5)는, 2차전지(BT1)와 쌍으로 마련되고, 이른바 액티브 클램프식 포워드형 회로를 형성한다. 구체적으로는, 스위치 소자(Q3)의 드레인에는, 커패시터(C5)를 통하여, 2차전지(BT1)의 일단과, 제1의 권선(Wa)의 일단이 접속된다. 스위치 소자(Q3)의 소스에는, 스위치 소자(Q4)의 드레인과, 제1의 권선(Wa)의 타단이 접속된다.
스위치 소자(Q7, Q8) 및 커패시터(C6)에 관해서도, 상술한 스위치 소자(Q3, Q4) 및 커패시터(C5)와 마찬가지로, 2차전지(BT2)와 쌍으로 마련되고, 이른바 액티브 클램프식 포워드형 회로를 형성한다.
[셀 밸런스 회로(JJ)의 동작]
셀 밸런스 회로(JJ)는, 셀 밸런스 회로(EE)와 마찬가지로, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 다르면, 이들 2차전지(BT1, BT2)에 전류를 흘려서, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 균일화한다.
이상의 셀 밸런스 회로(JJ)에 의하면, 도 7에 도시한 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(EE)가 이룰 수 있는 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.
<제9 실시 형태>
[셀 밸런스 회로(KK)의 구성]
도 12는, 본 발명의 제9 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(KK)의 회로도이다. 셀 밸런스 회로(KK)는, 도 3에 도시한 셀 밸런스 회로(AB)와는, 트랜스(T) 대신에 트랜스(T1, T2)를 구비하는 점이 다르다. 또한, 셀 밸런스 회로(KK)에서, 셀 밸런스 회로(AB)와 동일 구성 요건에 관해서는, 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
트랜스(T1)는, 2차전지(BT1)와 쌍으로 마련된 1차 권선(W11) 및 2차 권선(W12)을 구비한다. 트랜스(T2)는, 2차전지(BT2)와 쌍으로 마련된 1차 권선(W21) 및 2차 권선(W22)을 구비한다.
1차 권선(W11)의 권수와, 1차 권선(W21)의 권수는 동등하다. 또한, 2차 권선(W12)의 권수와, 2차 권선(W22)의 권수는 동등하다. 또한, 2차 권선(W12, W22)의 권수는, 1차 권선(W11, W21)의 권수보다 크다.
트랜스(T1, T2)는, 각각 철심을 구비하고 있고, 트랜스(T1)의 철심과, 트랜스(T2)의 철심은, 분리되어 있다.
1차 권선(W11)의 일단에는, 2차전지(BT1)의 일단이 접속되고, 1차 권선(W11)의 타단에는, 스위치(SW1)를 통하여 2차전지(BT1)의 타단이 접속된다. 1차 권선(W21)의 일단에는, 2차전지(BT2)의 일단이 접속되고, 1차 권선(W21)의 타단에는, 스위치(SW2)를 통하여 2차전지(BT2)의 타단이 접속된다.
2차 권선(W12)과 2차 권선(W22)은, 병렬 접속된다.
[셀 밸런스 회로(KK)의 동작]
셀 밸런스 회로(KK)는, 셀 밸런스 회로(AB)와 마찬가지로, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 다르면, 이들 2차전지(BT1, BT2)에 전류를 흘려서, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 균일화한다. 구체적인 셀 밸런스 회로(KK)의 동작에 관해, 이하에 설명한다.
셀 밸런스 회로(KK)는, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 도시하지 않은 제어부에 의해, 스위치(SW1)와 스위치(SW2)를 동기 제어한다. 스위치(SW1, SW2)가 온 상태가 되면, 1차 권선(W11)에는 2차전지(BT1)의 충전 전압이 인가되고, 1차 권선(W21)에는 2차전지(BT2)의 충전 전압이 인가되게 된다.
1차 권선(W11)에 2차전지(BT1)의 충전 전압이 인가되면, 1차 권선(W11)에서 자속이 발생하고, 이 자속이 2차 권선(W12)을 관통하기 때문에, 2차 권선(W12)에는, 상술한 식(1)으로 표시한 바와 같은 기전력이 발생하게 된다. 또한, 상술한 1차 권선(W11)과 2차 권선(W12)과의 관계에 있어서, 상술한 식(1)에서의 ΦB는, 1차 권선(W11)에서 발생해 2차 권선(W12)을 관통하는 자속을 나타내고, N은, 2차 권선(W12)의 권수를 나타내고, ε은, 2차 권선(W12)에 발생하는 기전력을 나타내는 것으로 한다.
여기서, 1차 권선(W11)에서 발생하는 자속은, 1차 권선(W11)에 인가되는 전압에 응하여 변화한다. 이 때문에, 2차 권선(W12)에 발생하는 기전력은, 2차전지(BT1)의 충전 전압에 응하여 변화하게 된다.
1차 권선(W21)에서도, 상술한 1차 권선(W11)과 마찬가지로, 2차전지(BT2)의 충전 전압이 인가되면 자속이 발생하고, 이 자속이 2차 권선(W22)을 관통하기 때문에, 2차 권선(W22)에는, 상술한 식(1)으로 표시한 바와 같은 기전력이 발생하게 된다. 그리고, 2차 권선(W22)에 발생하는 기전력은, 2차전지(BT2)의 충전 전압에 응하여 변화하게 된다.
여기서, 상술한 바와 같이, 1차 권선(W11)의 권수와, 1차 권선(W21)의 권수는 동등하고, 2차 권선(W12)의 권수와, 2차 권선(W22)의 권수는 동등하다. 이 때문에, 1차 권선(W11)의 권선 전압과, 2차 권선(W12)의 권선 전압의 비는, 1차 권선(W21)의 권선 전압과, 2차 권선(W22)의 권선 전압의 비와 동등하게 된다. 따라서 2차전지(BT1)의 충전 전압과, 2차 권선(W12)의 권선 전압의 비는, 2차전지(BT2)의 충전 전압과, 2차 권선(W22)의 권선 전압의 비와 동등하게 된다. 따라서, 2차전지(BT1)의 충전 전압과, 2차전지(BT2)의 충전 전압의 비는, 2차 권선(W12)의 권선 전압과, 2차 권선(W22)의 권선 전압의 비와 동등하게 된다.
이상에 의하면, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등한 경우에는, 2차 권선(W12)의 권선 전압과, 2차 권선(W22)의 권선 전압이 동등하게 된다. 한편, 2차전지(BT1)의 충전 전압이 2차전지(BT2)의 충전 전압보다 낮은 경우에는, 2차 권선(W12)의 권선 전압이 2차 권선(W22)의 권선 전압보다 낮아진다. 또한, 2차전지(BT1)의 충전 전압이 2차전지(BT2)의 충전 전압보다 높은 경우에는, 2차 권선(W12)의 권선 전압이 2차 권선(W22)의 권선 전압보다 높아진다.
여기서, 2차 권선(W12)과 2차 권선(W22)은, 상술한 바와 같이 병렬 접속된다. 이 때문에, 2차 권선(W12)의 권선 전압과, 2차 권선(W22)의 권선 전압이 동등하게 될 때까지, 이들 2차 권선(W12, W22)의 사이에서 전류가 흐르고, 2차전지(BT1)의 충전 전압과, 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등하게 되려고 한다.
이 때문에, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등한 경우에는, 상술한 바와 같이 2차 권선(W12)의 권선 전압과, 2차 권선(W22)의 권선 전압이 동등하게 되기 때문에, 2차 권선(W12)과 2차 권선(W22)과의 사이에서 전류가 흐르지 않는다. 따라서 2차전지(BT1) 및 2차전지(BT2)에는, 전류가 흐르지 않는다.
한편, 2차전지(BT1)의 충전 전압이 2차전지(BT2)의 충전 전압보다 낮은 경우에는, 상술한 바와 같이 2차 권선(W12)의 권선 전압이 2차 권선(W22)의 권선 전압보다 낮아지기 때문에, 이들 2차 권선(W12)의 권선 전압과 2차 권선(W22)의 권선 전압이 동등하게 될 때까지, 즉 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 2차 권선(W22)으로부터 2차 권선(W12)에 전류가 흐른다. 이 때문에, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 1차 권선(W11)으로부터 2차전지(BT1)에 전류가 흘러서, 2차전지(BT1)가 충전된다. 또한, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 2차전지(BT2)로부터 1차 권선(W21)에 전류가 흘러서, 2차전지(BT2)가 방전된다.
또한, 2차전지(BT1)의 충전 전압이 2차전지(BT2)의 충전 전압보다 높은 경우에는, 상술한 바와 같이 2차 권선(W12)의 권선 전압이 2차 권선(W22)의 권선 전압보다 높아지기 때문에, 이들 2차 권선(W12)의 권선 전압과 2차 권선(W22)의 권선 전압이 동등하게 될 때까지, 즉 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 2차 권선(W12)으로부터 2차 권선(W22)에 전류가 흐른다. 이 때문에, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 2차전지(BT1)로부터 1차 권선(W11)에 전류가 흘러서, 2차전지(BT1)가 방전된다. 또한, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등하게 될 때까지, 1차 권선(W21)으로부터 2차전지(BT2)에 전류가 흘러서, 2차전지(BT2)가 충전된다.
이상에 의해, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 2차전지(BT1)의 충전 전압과, 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등하게 된다.
또한, 2차 권선(W12, W22)의 사이에 흐르는 전류는, 1차 권선(W11, W21)의 각각의 권수와, 2차 권선(W12, W22)의 각각의 권수에 응하여 정하여진다. 구체적으로는, 1차 권선(W11, W21)의 각각의 권수와, 2차 권선(W12, W22)의 각각의 권수의 권수비를 「1 : n」으로 하고 (n은, n>1을 충족시키는 임의의 수), 1차 권선(W11, W21)의 각각에 흐르는 전류를 I1로 하고, 2차 권선(W12, W22)의 각각에 흐르는 전류를 I2로하면, 이하의 식(4)의 관계가 성립된다.
[수식 4]
Figure pct00004
이상의 셀 밸런스 회로(KK)에 의하면, 이하의 효과를 이룰 수 있다.
셀 밸런스 회로(KK)는, 상술한 특허 문헌 1에 나타나 있는 회로가 필요로 하고 있던 다이오드를 이용하는 일 없이, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 균일화한다. 또한, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압의 균일화를, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에서 행한다. 이 때문에, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시뿐만 아니라 방전시에도, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 정확하게 균일화시킬 수 있고, 셀 밸런스를 안정시킬 수 있다.
또한, 셀 밸런스 회로(KK)는, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 이용하는 일 없이, 이들 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 동등하게 할 수 있다. 이 때문에, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 감시할 필요가 없어지기 때문에, 셀 밸런스 회로(KK)의 저비용화 및 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 셀 밸런스 회로(KK)는, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 동등하게 할 수 있기 때문에, 일시적으로 열화 영역에 달하여 버리는 것을 방지하여, 이들 2차전지(BT1, BT2)의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 복수의 2차전지의 각각에 대해 상술한 바와 같이 저항을 하나씩 병렬 접속하는 경우, 이들 2차전지에 흘릴 수 있는 전류가, 이들 저항에 의해 제한되어 버린다. 이에 대해, 셀 밸런스 회로(KK)에는, 트랜스(T1, T2)는 마련되어 있지만, 저항은 마련되어 있지 않다. 트랜스(T1, T2)에 마련된 1차 권선(W11, W21) 및 2차 권선(W12, W22)의 저항치는, 저항의 저항치에 비하여 대폭적으로 작기 때문에, 트랜스(T1, T2)에 의해 제한되는 전류는, 저항에 의해 제한되는 전류에 비하여 대폭적으로 작아진다. 이 때문에, 2차전지(BT1, BT2)의 각각에 대해 상술한 바와 같이 저항을 하나씩 병렬 접속하는 경우에 비하여, 2차전지(BT1, BT2)에 흘릴 수 있는 전류를 크게할 수 있다.
또한, 셀 밸런스 회로(KK)에서, 트랜스(T1, T2)는, 철심을 구비하고 있다. 이 때문에, 철심이 마련되지 않은 경우에 비하여, 트랜스(T1, T2)의 각각에서 발생하는 자속을 안정시킬 수 있기 때문에, 셀 밸런스를 보다 고정밀도로 안정시킬 수 있다.
또한, 셀 밸런스 회로(KK)에서, 트랜스(T1)의 철심과, 트랜스(T2)의 철심은, 분리되어 있다. 이 때문에, 2차전지(BT1, BT2)가 근접 배치되지 않은 경우에, 2차전지(BT1)의 부근에 트랜스(T1)를 마련함과 함께, 2차전지(BT2)의 부근에 트랜스(T2)를 마련할 수 있다. 따라서 셀 밸런스 회로(KK)의 설계를 용이화할 수 있다.
또한, 셀 밸런스 회로(KK)에서, 2차 권선(W12, W22)의 각각의 권수는, 1차 권선(W11, W21)의 각각의 권수보다 크다. 이 때문에, 상술한 식(4)에 표시한 바와 같이, 2차 권선(W12, W22)의 각각에 흐르는 전류를, 1차 권선(W11, W21)의 각각에 흐르는 전류보다 작게 할 수 있기 때문에, 2차 권선(W12)에서의 손실이나, 2차 권선(W22)에서의 손실이나, 2차 권선(W12)과 2차 권선(W22)과의 사이에서의 손실을 저감할 수 있다.
<제10 실시 형태>
[셀 밸런스 회로(LL)의 구성]
도 13은, 본 발명의 제10 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(LL)의 회로도이다. 셀 밸런스 회로(LL)는, 도 12에 도시한 본 발명의 제9 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(KK)와는, 제어부(21) 및 커패시터(CD)를 구비하는 점과, 스위치(SW1) 대신에 버퍼(BUF1) 및 인버터(INV1)를 구비하는 점과, 스위치(SW2) 대신에 버퍼(BUF2) 및 인버터(INV2)를 구비하는 점이 다르다. 또한, 셀 밸런스 회로(LL)에서, 셀 밸런스 회로(KK)와 동일 구성 요건에 관해서는, 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
버퍼(BUF2)의 입력단자와, 인버터(INV2)의 입력단자에는, 제어부(21)가 접속된다. 버퍼(BUF2)의 출력 단자에는, 1차 권선(W21)의 일단이 접속되고, 인버터(INV2)의 출력 단자에는, 1차 권선(W21)의 타단이 접속된다. 버퍼(BUF2)의 고전위측 제어 단자와, 인버터(INV2)의 고전위측 제어 단자에는, 2차전지(BT2)의 일단이 접속되고, 버퍼(BUF2)의 저전위측 제어 단자와, 인버터(INV2)의 저전위측 제어 단자에는, 2차전지(BT2)의 타단이 접속된다.
버퍼(BUF1) 및 인버터(INV1)에 관해서도, 상술한 버퍼(BUF2) 및 인버터(INV2)와 마찬가지로, 제어부(21)와 2차전지(BT1)와 1차 권선(W11)에 접속되다. 또한, 버퍼(BUF1)의 입력단자와, 인버터(INV1)의 입력단자에는, 제어부(21)가, 커패시터(CD)를 이용하여 접속된다.
[셀 밸런스 회로(LL)의 동작]
제어부(21)는, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 듀티비가 50%의 제어 신호를 출력한다. 이 제어 신호는, 버퍼(BUF1, BUF2)의 입력단자와, 인버터(INV1, INV2)의 입력단자에 입력되기 때문에, 이들 버퍼(BUF1, BUF2)와 인버터(INV1, INV2)는, 동기 제어되게 된다.
제어 신호의 전압 레벨이 H레벨인 경우에는, 버퍼(BUF1, BUF2)에서, 출력 단자와 고전위측 제어 단자가 도통함과 함께, 인버터(INV1, INV2)에서, 출력 단자와 저전위측 제어 단자가 도통한다. 이에 의하면, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 일단과, 1차 권선(W11, W21)의 각각의 일단이 접속됨과 함께, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 타단과, 1차 권선(W11, W21)의 각각의 타단이 접속되고, 1차 권선(W11, W21)의 각각에 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압이 인가되게 된다.
한편, 제어 신호의 전압 레벨이 L레벨인 경우에는, 버퍼(BUF1, BUF2)에서, 출력 단자와 저전위측 제어 단자가 도통함과 함께, 인버터(INV1, INV2)에서, 출력 단자와 고전위측 제어 단자가 도통한다. 이에 의하면, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 일단과, 1차 권선(W11, W21)의 각각의 타단이 접속됨과 함께, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 타단과, 1차 권선(W11, W21)의 각각의 일단이 접속되고, 1차 권선(W11, W21)의 각각에 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압이 인가되게 된다.
이상에 의해, 상술한 셀 밸런스 회로(KK)와 마찬가지로, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압과의 관계에 응한 전류가, 2차전지(BT1, BT2) 흐르게 된다.
또한, 제어 신호의 전압 레벨이 H레벨인 경우와 L레벨인 경우에서는, 1차 권선(W11)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전함과 함께, 1차 권선(W21)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성도 반전한다.
이상의 셀 밸런스 회로(LL)에 의하면, 도 12에 도시한 본 발명의 제9 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(KK)가 이룰 수 있는 상술한 효과에 더하여, 이하의 효과를 이룰 수 있다.
셀 밸런스 회로(LL)에서는, 제어부(21)로부터 출력되는 제어 신호의 듀티비가 50%이기 때문에 제1 기간과 제2 기간을 같은 시간에 교대로 마련할 수 있다. 여기서, 제1 기간이란, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 일단과, 1차 권선(W11, W21)의 각각의 일단이 접속됨과 함께, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 타단과, 1차 권선(W11, W21)의 각각의 타단이 접속되는 기간인 것이다. 또한, 제2 기간이란, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 일단과, 1차 권선(W11, W21)의 각각의 타단이 접속됨과 함께, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 타단과, 1차 권선(W11, W21)의 각각의 일단이 접속되는 기간인 것이다. 이 때문에, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 보다 정확하게 균일화시킬 수 있다.
또한, 셀 밸런스 회로(LL)에서는, 상술한 바와 같이 제어부(21)로부터 출력되는 제어 신호의 듀티비가 50%이다. 이 때문에, 1차 권선(W11)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성과, 1차 권선(W21)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성은, 제어 신호의 전압 레벨에 응하여 주기적으로 반전하게 된다. 따라서 트랜스(T1, T2)가 포화하여 버리는 것을 방지할 수 있다.
<제11 실시 형태>
[셀 밸런스 회로(MM)의 구성]
도 14는, 본 발명의 제11 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(MM)의 회로도이다. 셀 밸런스 회로(MM)는, 도 12에 도시한 본 발명의 제9 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(KK)와는, 스위치(SW3, SW4) 및 직류원(31)을 구비하는 점이 다르다. 또한, 셀 밸런스 회로(MM)에서, 셀 밸런스 회로(KK)와 동일 구성 요건에 관해서는, 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
직류원(31)은, 고전위측 단자 및 저전위측 단자를 구비하고, 저전위측 단자의 전위를 기준으로 한 직류 전압을 고전위측 단자로부터 출력한다. 이 직류원(31)은, 커패시터나 직류 전원이라는, 직류 전압을 출력하는 것으로 구성된다.
직류원(31)의 고전위측 단자에는, 2차 권선(W12)의 일단과, 2차 권선(W22)의 일단이 접속된다. 직류원(31)의 저전위측 단자에는, 스위치(SW3)를 통하여 2차 권선(W12)의 타단이 접속됨과 함께, 스위치(SW4)를 통하여 2차 권선(W22)의 타단이 접속된다. 이들 스위치(SW3, SW4)는, 예를 들면 MOSFET나 IGBT나 BJT로 구성된다.
[셀 밸런스 회로(MM)의 동작]
셀 밸런스 회로(MM)는, 셀 밸런스 회로(KK)와 마찬가지로, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 다르면, 이들 2차전지(BT1, BT2)에 전류를 흘려서, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 균일화한다. 구체적인 셀 밸런스 회로(MM)의 동작에 관해, 이하에 설명한다.
셀 밸런스 회로(MM)는, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 도시하지 않은 제어부에 의해, 스위치(SW1)와 스위치(SW3)를 동기 제어함과 함께, 스위치(SW2)와 스위치(SW4)를 동기 제어한다. 스위치(SW1)가 온 상태가 되면, 1차 권선(W11)에 2차전지(BT1)의 충전 전압이 인가되고, 스위치(SW2)가 온 상태가 되면, 1차 권선(W21)에 2차전지(BT2)의 충전 전압이 인가되게 된다.
1차 권선(W11)에 2차전지(BT1)의 충전 전압이 인가되면, 1차 권선(W11)에서 자속이 발생하고, 이 자속이 2차 권선(W12)을 관통하기 때문에, 2차 권선(W12)에는, 상술한 식(1)으로 표시한 바와 같은 기전력이 발생하게 된다. 그리고, 2차 권선(W12)에 발생하는 기전력은, 2차전지(BT1)의 충전 전압에 응하여 변화하게 된다.
2차 권선(W22)에서도, 상술한 2차 권선(W12)과 마찬가지로, 1차 권선(W21)에 2차전지(BT2)의 충전 전압이 인가되면 자속이 발생하고, 이 자속이 2차 권선(W22)을 관통하기 때문에, 2차 권선(W22)에는, 상술한 식(1)으로 표시한 바와 같은 기전력이 발생하게 된다. 그리고, 2차 권선(W22)에 발생하는 기전력은, 2차전지(BT2)의 충전 전압에 응하여 변화하게 된다.
여기서, 스위치(SW3)는, 상술한 바와 같이 스위치(SW1)와 동기 제어되어, 스위치(SW3)가 온 상태가 되면, 2차 권선(W12)에 직류원(31)의 출력 전압이 인가된다. 이 때문에, 2차 권선(W12)의 권선 전압과, 직류원(31)의 출력 전압이 동등하게 될 때까지, 2차 권선(W12)과 직류원(31)과의 사이에서 전류가 흐른다. 그 결과, 2차전지(BT1)의 충전 전압과, 직류원(31)의 출력 전압의 비가, 1차 권선(W11)과 2차 권선(W12)과의 권수비와 동등하게 된다.
또한, 스위치(SW4)는, 상술한 바와 같이 스위치(SW2)와 동기 제어되어, 스위치(SW4)가 온 상태가 되면, 2차 권선(W22)에 직류원(31)의 출력 전압이 인가된다. 이 때문에, 2차 권선(W22)의 권선 전압과, 직류원(31)의 출력 전압이 동등하게 될 때까지, 2차 권선(W22)과 직류원(31)과의 사이에서 전류가 흐른다. 그 결과, 2차전지(BT2)의 충전 전압과, 직류원(31)의 출력 전압의 비가, 1차 권선(W21)과 2차 권선(W22)과의 권수비와 동등하게 된다.
여기서, 상술한 바와 같이, 1차 권선(W11)의 권수와, 1차 권선(W21)의 권수가 동등하고, 2차 권선(W12)의 권수와, 2차 권선(W22)의 권수가 동등하다. 이 때문에, 1차 권선(W11)과 2차 권선(W12)과의 권수비와, 1차 권선(W21)과 2차 권선(W22)과의 권수비는 동등하다. 따라서 2차전지(BT1)의 충전 전압과, 직류원(31)의 출력 전압의 비는, 2차전지(BT2)의 충전 전압과, 직류원(31)의 출력 전압의 비와 동등하게 된다. 따라서, 2차전지(BT1)의 충전 전압과, 2차전지(BT2)의 충전 전압이 동등하게 된다.
이상의 셀 밸런스 회로(MM)에 의하면, 도 12에 도시한 본 발명의 제9 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(KK)가 이룰 수 있는 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.
<제12 실시 형태>
[셀 밸런스 회로(NN)의 구성]
도 15는, 본 발명의 제12 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(NN)의 회로도이다. 셀 밸런스 회로(NN)는, 도 14에 도시한 본 발명의 제11 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(MM)와는, 제어부(22, 23)를 구비하는 점과, 스위치(SW1) 대신에 버퍼(BUF1) 및 인버터(INV1)를 구비하는 점과, 스위치(SW2) 대신에 버퍼(BUF2) 및 인버터(INV2)를 구비하는 점과, 스위치(SW3) 대신에 버퍼(BUF3) 및 인버터(INV3)를 구비하는 점과, 스위치(SW4) 대신에 버퍼(BUF4) 및 인버터(INV4)를 구비하는 점이 다르다. 또한, 셀 밸런스 회로(NN)에서, 셀 밸런스 회로(MM)와 동일 구성 요건에 관해서는, 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
버퍼(BUF1)의 입력단자와, 인버터(INV1)의 입력단자에는, 제어부(22)가 접속된다. 버퍼(BUF1)의 출력 단자에는, 1차 권선(W11)의 일단이 접속되고, 인버터(INV1)의 출력 단자에는, 1차 권선(W11)의 타단이 접속된다. 버퍼(BUF1)의 고전위측 제어 단자와, 인버터(INV1)의 고전위측 제어 단자에는, 2차전지(BT1)의 일단이 접속되고, 버퍼(BUF1)의 저전위측 제어 단자와, 인버터(INV1)의 저전위측 제어 단자에는, 2차전지(BT1)의 타단이 접속된다.
버퍼(BUF2) 및 인버터(INV2)에 관해서도, 상술한 버퍼(BUF1) 및 인버터(INV1)와 마찬가지로, 제어부(23)와 2차전지(BT2)와 1차 권선(W21)에 접속된다.
버퍼(BUF3)의 입력단자와, 인버터(INV3)의 입력단자에는, 제어부(22)가 접속된다. 버퍼(BUF3)의 출력 단자에는, 2차 권선(W12)의 일단이 접속되고, 인버터(INV3)의 출력 단자에는, 2차 권선(W12)의 타단이 접속된다. 버퍼(BUF3)의 고전위측 제어 단자와, 인버터(INV3)의 고전위측 제어 단자에는, 직류원(31)의 고전위측 단자가 접속되고, 버퍼(BUF3)의 저전위측 제어 단자와, 인버터(INV3)의 저전위측 제어 단자에는, 직류원(31)의 저전위측 단자가 접속된다.
버퍼(BUF4) 및 인버터(INV4)에 관해서도, 상술한 버퍼(BUF3) 및 인버터(INV3)와 마찬가지로, 제어부(23)와 2차 권선(W22)과 직류원(31)에 접속된다.
[셀 밸런스 회로(NN)의 동작]
제어부(22)는, 2차전지(BT1)의 충전시 및 방전시에 있어서, 듀티비가 50%의 제어 신호를 출력한다. 제어부(22)로부터 출력되는 제어 신호는, 버퍼(BUF1, BUF3)의 입력단자와, 인버터(INV1, INV3)의 입력단자에 입력되기 때문에, 이들 버퍼(BUF1, BUF3)와 인버터(INV1, INV3)는, 동기 제어되게 된다.
제어부(22)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨이 H레벨인 경우에는, 버퍼(BUF1)에서, 출력 단자와 고전위측 제어 단자가 도통함과 함께, 인버터(INV1)에서, 출력 단자와 저전위측 제어 단자가 도통한다. 이에 의하면, 2차전지(BT1)의 일단과, 1차 권선(W11)의 일단이 접속됨과 함께, 2차전지(BT1)의 타단과, 1차 권선(W11)의 타단이 접속되고, 1차 권선(W11)에 2차전지(BT1)의 충전 전압이 인가되게 된다.
한편, 제어부(22)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨이 L레벨인 경우에는, 버퍼(BUF1)에서, 출력 단자와 저전위측 제어 단자가 도통함과 함께, 인버터(INV1)에서, 출력 단자와 고전위측 제어 단자가 도통한다. 이에 의하면, 2차전지(BT1)의 일단과, 1차 권선(W11)의 타단이 접속됨과 함께, 2차전지(BT1)의 타단과, 1차 권선(W11)의 일단이 접속되고, 1차 권선(W11)에 2차전지(BT1)의 충전 전압이 인가되게 된다.
또한, 제어부(22)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨이 H레벨인 경우와 L레벨인 경우에서는, 1차 권선(W11)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전한다. 이 때문에, 제어부(22)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨이 H레벨인 경우와 L레벨인 경우에서는, 2차 권선(W12)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전한다.
또한, 제어부(22)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨이 H레벨인 경우에는, 버퍼(BUF3)에서, 출력 단자와 고전위측 제어 단자가 도통함과 함께, 인버터(INV3)에서, 출력 단자와 저전위측 제어 단자가 도통한다. 이에 의하면, 2차 권선(W12)의 일단과, 직류원(31)의 고전위측 단자가 접속됨과 함께, 2차 권선(W12)의 타단과, 직류원(31)의 저전위측 단자가 접속되고, 2차 권선(W12)에 직류원(31)의 출력 전압이 인가되게 된다.
한편, 제어부(22)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨이 L레벨인 경우에는, 버퍼(BUF3)에서, 출력 단자와 저전위측 제어 단자가 도통함과 함께, 인버터(INV3)에서, 출력 단자와 고전위측 제어 단자가 도통한다. 이에 의하면, 2차 권선(W12)의 일단과, 직류원(31)의 저전위측 단자가 접속됨과 함께, 2차 권선(W12)의 타단과, 직류원(31)의 고전위측 단자가 접속되고, 2차 권선(W12)에 직류원(31)의 출력 전압이 인가되게 된다.
또한, 제어부(22)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨이 H레벨인 경우와 L레벨인 경우에서는, 상술한 바와 같이, 2차 권선(W12)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전한다. 그렇지만, 제어부(22)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨이 H레벨인 경우와 L레벨인 경우에서는, 2차 권선(W12)의 일단 또는 타단과, 직류원(31)의 고전위측 단자 또는 저전위측 단자의 접속이 상술한 바와 같이 교체된다. 이 때문에, 제어부(22)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨에 응하여 2차 권선(W12)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전하여도, 2차 권선(W12)의 일단 및 타단 중, 전위가 높은 쪽이 직류원(31)의 고전위측 단자에 접속되고, 전위가 낮은 쪽이 직류원(31)의 저전위측 단자에 접속되게 된다.
또한, 제어부(23)는, 제어부(22)와 마찬가지로, 2차전지(BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 듀티비가 50%의 제어 신호를 출력한다. 제어부(23)로부터 출력되는 제어 신호는, 버퍼(BUF2, BUF4)의 입력단자와, 인버터(INV2, INV4)의 입력단자에 입력되기 때문에, 이들 버퍼(BUF2, BUF4)와 인버터(INV2, INV4)는, 동기 제어되게 된다.
제어부(23)로부터 출력되는 제어 신호가 입력단자에 입력된 버퍼(BUF2, BUF4) 및 인버터(INV2, INV4)의 각각은, 제어부(22)로부터 출력되는 제어 신호가 입력단자에 입력된 버퍼(BUF1, BUF3) 및 인버터(INV1, INV3)의 각각과 마찬가지로 동작한다.
이 때문에, 1차 권선(W21)에 2차전지(BT2)의 충전 전압이 인가되고, 제어부(23)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨이 H레벨인 경우와 L레벨인 경우에서는, 1차 권선(W21)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전한다. 따라서 제어부(23)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨이 H레벨인 경우와 L레벨인 경우에서는, 2차 권선(W22)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전한다.
또한, 제어부(23)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨이 H레벨인 경우와 L레벨인 경우에서는, 2차 권선(W22)의 일단 또는 타단과, 직류원(31)의 고전위측 단자 또는 저전위측 단자의 접속이 상술한 바와 같이 교체된다. 이 때문에, 제어부(23)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨에 응하여 2차 권선(W22)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 상술한 바와 같이 반전하여도, 2차 권선(W22)의 일단 및 타단 중, 전위가 높은 쪽이 직류원(31)의 고전위측 단자에 접속되고, 전위가 낮은 쪽이 직류원(31)의 저전위측 단자에 접속되게 된다.
이상의 셀 밸런스 회로(NN)에 의하면, 도 14에 도시한 본 발명의 제11 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(MM)가 이룰 수 있는 상술한 효과에 더하여, 이하의 효과를 이룰 수 있다.
셀 밸런스 회로(NN)에서는, 제어부(22)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨에 의하지 않고, 2차 권선(W12)의 일단 및 타단 중, 전위가 높은 쪽이 직류원(31)의 고전위측 단자에 접속되고, 전위가 낮은 쪽이 직류원(31)의 저전위측 단자에 계속 접속된다. 이 때문에, 2차 권선(W12)과 직류원(31)과의 사이의 배선의 전압은, 직류가 된다. 따라서 교류라면 배선의 인덕터 성분의 영향을 받게 되지만, 직류이기 때문에 배선의 인덕터 성분의 영향을 억제할 수 있고, 2차 권선(W12)과 직류원(31)과의 사이의 배선을 길게 할 수 있다. 또한, 2차 권선(W22)과 직류원(31)과의 사이의 배선의 전압에 관해서도, 2차 권선(W12)과 직류원(31)과의 사이의 배선의 전압과 마찬가지로 직류로 되기 때문에, 2차 권선(W22)과 직류원(31)과의 사이의 배선을 길게 할 수 있다. 이상에 의하면, 셀 밸런스 회로(NN)의 설계를 용이화할 수 있다.
또한, 셀 밸런스 회로(NN)에서는, 2차 권선(W12)과 직류원(31)과의 사이의 배선의 전압과, 2차 권선(W22)과 직류원(31)과의 사이의 배선의 전압은, 상술한 바와 같이 어느 쪽도 직류가 된다. 이 때문에, 버퍼(BUF1, BUF3) 및 인버터(INV1, INV3)가 동기 제어됨과 함께, 버퍼(BUF2, BUF4) 및 인버터(INV2, INV4)가 동기 제어되어 있으면, 버퍼(BUF1, BUF3) 및 인버터(INV1, INV3)와, 버퍼(BUF2, BUF4) 및 인버터(INV2, INV4)는, 비동기 제어라도 좋다. 따라서 제어부(22)와 버퍼(BUF1, BUF3) 및 인버터(INV1, INV3)의 각각의 입력단자 사이의 배선에서의 배선 지연과, 제어부(23)와 버퍼(BUF2, BUF4) 및 인버터(INV2, INV4)의 각각의 입력단자 사이의 배선에서의 배선 지연을 동일하게 한다는 고려를 할 필요가 없기 때문에, 이들 배선을 길게 할 수 있음과 함께, 제어부(22, 23)에 의한 제어를 용이화할 수 있다. 따라서, 셀 밸런스 회로(NN)의 설계를 더욱 용이화할 수 있다.
또한, 셀 밸런스 회로(NN)에서는, 제어부(22)로부터 출력되는 제어 신호의 듀티비가 50%이기 때문에 제1 기간과 제2 기간을 동등한 시간에서 교대로 마련할 수 있고, 미리 정하여진 시간이 경과할 때마다 2차전지(BT1)와 1차 권선(W11)과의 접속을 전환할 수 있다. 여기서, 제1 기간이란, 2차전지(BT1)의 일단과 1차 권선(W11)의 일단이 접속됨과 함께, 2차전지(BT1)의 타단과 1차 권선(W11)의 타단이 접속되고, 또한, 2차 권선(W12)의 일단과 직류원(31)의 고전위측 단자가 접속됨과 함께, 2차 권선(W12)의 타단과 직류원(31)의 저전위측 단자가 접속되는 기간인 것이다. 또한, 제2 기간이란, 2차전지(BT1)의 일단과 1차 권선(W11)의 타단이 접속됨과 함께, 2차전지(BT1)의 타단과 1차 권선(W11)의 일단이 접속되고, 또한, 2차 권선(W12)의 일단과 직류원(31)의 저전위측 단자가 접속됨과 함께, 2차 권선(W12)의 타단과 직류원(31)의 고전위측 단자가 접속되는 기간인 것이다. 또한, 제어부(23)로부터 출력되는 제어 신호의 듀티비도 50%이기 때문에 2차전지(BT1) 및 1차 권선(W11)과 마찬가지로, 미리 정하여진 시간이 경과할 때마다 2차전지(BT2)와 1차 권선(W21)과의 접속을 전환할 수 있다. 이상에 의하면, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 보다 정확하게 균일화시킬 수 있다.
또한, 셀 밸런스 회로(NN)에서는, 상술한 바와 같이 제어부(22)로부터 출력되는 제어 신호의 듀티비가 50%이다. 이 때문에, 1차 권선(W11)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성은, 제어부(22)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨에 응하여 주기적으로 반전하게 된다. 따라서 트랜스(T1)가 포화하여 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 셀 밸런스 회로(NN)에서는, 상술한 바와 같이 제어부(23)로부터 출력되는 제어 신호의 듀티비도 50%이다. 이 때문에, 1차 권선(W21)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성도, 제어부(23)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨에 응하여 주기적으로 반전하게 된다. 따라서 트랜스(T2)가 포화하여 버리는 것을 방지할 수 있다.
<제13 실시 형태>
[셀 밸런스 회로(PP)의 구성]
도 16은, 본 발명의 제13 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(PP)의 회로도이다. 셀 밸런스 회로(PP)는, 도 15에 도시한 본 발명의 제12 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(NN)와는, 버퍼(BUF3) 및 인버터(INV3) 대신에 스위치(SW5, SW6)를 구비하는 점과, 버퍼(BUF4) 및 인버터(INV4) 대신에 스위치(SW7, SW8)를 구비하는 점과, 2차 권선(W12, W22)의 각각의 중점을 이용하는 점이 다르다. 또한, 셀 밸런스 회로(PP)에서, 셀 밸런스 회로(NN)와 동일 구성 요건에 관해서는, 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
직류원(31)의 고전위측 단자에는, 스위치(SW5)를 통하여 2차 권선(W12)의 일단이 접속됨과 함께, 스위치(SW6)를 통하여 2차 권선(W12)의 타단이 접속되고, 또한, 스위치(SW7)를 통하여 2차 권선(W22)의 일단이 접속됨과 함께, 스위치(SW8)을 통하여 2차 권선(W22)의 타단이 접속된다. 스위치(SW5 내지 SW8)는, 예를 들면 MOSFET나 IGBT나 BJT로 구성된다. 직류원(31)의 저전위측 단자에는, 2차 권선(W12)의 중점과, 2차 권선(W22)의 중점이 접속된다.
또한, 이후에는 편의상, 2차 권선(W12)은, 제1의 2차 권선(W121) 및 제2의 2차 권선(W122)으로 구성되고, 제1의 2차 권선(W121)의 일단이 2차 권선(W12)의 일단과 동등하고, 제2의 2차 권선(W122)의 타단이 2차 권선(W12)의 타단과 동등하고, 제1의 2차 권선(W121)의 타단 및 제2의 2차 권선(W122)의 일단이 2차 권선(W12)의 중점과 동등한 것으로 한다. 또한, 2차 권선(W22)은, 제1의 2차 권선(W221) 및 제2의 2차 권선(W222)으로 구성되고, 제1의 2차 권선(W221)의 일단이 2차 권선(W22)의 일단과 동등하고, 제2의 2차 권선(W222)의 타단이 2차 권선(W22)의 타단과 동등하고, 제1의 2차 권선(W221)의 타단 및 제2의 2차 권선(W222)의 일단이 2차 권선(W22)의 중점과 동등한 것으로 한다.
그러면, 제1의 2차 권선(W121, W221) 및 제2의 2차 권선(W122, W222)의 각각의 권수는, 서로 동등하고, 또한, 1차 권선(W11, W21)의 각각의 권수보다 큰 것으로 한다.
[셀 밸런스 회로(PP)의 동작]
셀 밸런스 회로(PP)는, 셀 밸런스 회로(NN)와 마찬가지로, 2차전지(BT1, BT2)의 충전시 및 방전시에 있어서, 2차전지(BT1)의 충전 전압과 2차전지(BT2)의 충전 전압이 다르면, 이들 2차전지(BT1, BT2)에 전류를 흘려서, 2차전지(BT1, BT2)의 각각의 충전 전압을 균일화한다. 단, 트랜스(T1, T2)의 2차측의 동작이, 셀 밸런스 회로(NN)와는 다르다.
구체적으로는, 트랜스(T1)의 1차측에 관해서는, 셀 밸런스 회로(NN)와 마찬가지로, 제어부(22)에 의해, 2차전지(BT1)의 충전시 및 방전시에 있어서, 듀티비가 50%의 제어 신호로, 버퍼(BUF1)와 인버터(INV1)를 동기 제어한다. 이에 의하면, 제1의 2차 권선(W121) 및 제2의 2차 권선(W122)에 발생하는 기전력은, 2차전지(BT1)의 충전 전압에 응하여 변화하게 된다. 또한, 제1의 2차 권선(W121)에 발생하는 기전력과, 제2의 2차 권선(W122)에 발생하는 기전력은 동등하게 된다.
한편, 트랜스(T1)의 2차측에 관해서는, 제어부(22)에 의해, 2차전지(BT1)의 충전시 및 방전시에 있어서, 버퍼(BUF1) 및 인버터(INV1)에 동기하여 스위치(SW5, SW6)를 제어한다.
보다 구체적으로는, 버퍼(BUF1) 및 인버터(INV1)의 제어에 의해, 제1의 2차 권선(W121)의 일단의 전위가 타단의 전위보다 높아진 경우에는, 제2의 2차 권선(W122)의 일단의 전위가 타단의 전위보다 높아진다. 이 경우, 스위치(SW5)를 온 상태로 함과 함께, 스위치(SW6)를 오프 상태로 한다. 이에 의하면, 직류원(31)의 고전위측 단자에는, 제1의 2차 권선(W121)의 일단과, 제2의 2차 권선(W122)의 타단 중, 전위가 높은 쪽인 제1의 2차 권선(W121)의 일단이 접속되고, 제1의 2차 권선(W121)에 직류원(31)의 출력 전압이 인가된다.
또한, 버퍼(BUF1) 및 인버터(INV1)의 제어에 의해, 제1의 2차 권선(W121)의 일단의 전위가 타단의 전위보다 낮아진 경우에는, 제2의 2차 권선(W122)의 일단의 전위가 타단의 전위보다 낮아진다. 이 경우, 스위치(SW5)를 오프 상태로 함과 함께, 스위치(SW6)를 온 상태로 한다. 이에 의하면, 직류원(31)의 고전위측 단자에는, 제1의 2차 권선(W121)의 일단과, 제2의 2차 권선(W122)의 타단 중, 전위가 높은 쪽인 제2의 2차 권선(W122)의 타단이 접속되고, 제2의 2차 권선(W122)에 직류원(31)의 출력 전압이 인가된다.
이상에 의하면, 제어부(22)로부터 출력된 제어 신호의 전압 레벨에 응하여 2차 권선(W12)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전하여도, 2차 권선(W12)의 일단 및 타단 중, 전위가 높은 쪽이 직류원(31)의 고전위측 단자에 접속되고, 전위가 낮은 쪽이 직류원(31)의 저전위측 단자에 접속되게 된다.
버퍼(BUF2), 인버터(INV2), 및 스위치(SW7, SW8)에 관해서도, 상술한 버퍼(BUF1), 인버터(INV1), 및 스위치(SW5, SW6)와 마찬가지로, 제어부(23)에 의해 제어한다. 이에 의하면, 제어부(23)로부터 출력되는 제어 신호의 전압 레벨에 응하여 2차 권선(W22)의 타단을 기준으로 한 일단의 전압의 극성이 반전하여도, 2차 권선(W22)의 일단 및 타단 중, 전위가 높은 쪽이 직류원(31)의 고전위측 단자에 접속되고, 전위가 낮은 쪽이 직류원(31)의 저전위측 단자에 접속되게 된다.
이상의 셀 밸런스 회로(PP)에 의하면, 도 15에 도시한 본 발명의 제12 실시 형태에 관한 셀 밸런스 회로(NN)가 이룰 수 있는 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.
본 발명은, 상술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이나 응용이 가능하다.
예를 들면, 상술한 실시 형태에서는, 비공진형 컨버터로서, 풀브리지형 회로, 하프브리지형 회로, 포워드형 회로, 푸시풀형 회로, 액티브 클램프식 포워드형 회로를 나타내였다. 그러나, 이것으로 한하지 않고, 예를 들면 프라이 백형 회로라는 다른 비공진형 컨버터도 적용할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 2개의 2차전지가 직렬 접속되어 있는 경우에 관해 설명하였지만, 이것으로 한하지 않는다. 예를 들면, 4개의 2차전지가 직렬 접속되어 있는 경우나, 5개의 2차전지가 직렬 접속되어 있는 경우에 관해서도, 본 발명의 셀 밸런스 회로를 적용할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 셀 밸런스 회로와 2차전지를 별개로 마련하였지만, 이것으로 한하지 않고, 일체로 마련하여도 좋다.
또한, 상술한 제1 내지 제8 실시 형태에서는, 제1의 권선(Wa)과 제2의 권선(Wb)이 동일한 철심에 권회되어 있는 것으로 하였지만, 이것으로 한하지 않고, 예를 들면 철심이 없는 것으로 하여도 좋고, 서로 다른 철심에 권회되는 것으로 하여도 좋다. 또한, 상술한 제9 내지 제13 실시 형태에서는, 트랜스(T1)와 트랜스(T2)는, 각각, 서로 분리된 철심을 갖는 것으로 하였지만, 이것으로 한하지 않고, 예를 들면 철심을 갖지 않는 것으로 하여도 좋다.
1 : 셀 밸런스 장치
21, 22, 23 : 제어부
31 : 직류원
AA, AB, BB, CC, DD, EE, FF, GG, HH, JJ, KK, LL, MM, NN, PP : 셀 밸런스 회로
BT1 내지 BT3, BTn, BT(n+1) : 2차전지
BUF1 내지 BUF4 : 버퍼
INV1 내지 INV4 : 인버터
Q1 내지 Q8 : 스위치 소자
SW1 내지 SW8, Sa, Sb, Sc, Sd : 스위치
T, T1, T2 : 트랜스
Wa : 제1의 권선
Wb : 제2의 권선
W11, W21 : 1차 권선
W12, W22 : 2차 권선
W121, W221 : 제1의 2차 권선
W122, W222 : 제2의 2차 권선

Claims (17)

  1. 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 각각의 충전 전압을 균일화하는 셀 밸런스 회로로서,
    상기 제1의 2차전지와 쌍으로 마련된 제1의 권선과, 상기 제2의 2차전지와 쌍으로 마련된 제2의 권선을 갖는 트랜스와,
    상기 제1의 2차전지의 충전 전압을 상기 제1의 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 스위칭 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 권선의 권수와, 상기 제2의 권선의 권수는, 동등한 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1의 2차전지와 일체로 마련되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은, 제1의 스위치, 제2의 스위치, 제3의 스위치, 및 제4의 스위치를 구비하고,
    상기 제1의 권선의 타단과, 상기 제2의 권선의 일단은, 상기 제1의 2차전지의 타단에 접속됨과 함께, 상기 제2의 2차전지의 일단에 접속되고,
    상기 제1의 권선의 일단은, 상기 제1의 스위치를 통하여 상기 제1의 2차전지의 일단에 접속 가능하게 마련됨과 함께, 상기 제2의 스위치를 통하여 상기 제2의 2차전지의 타단에 접속 가능하게 마련되고,
    상기 제2의 권선의 타단은, 상기 제3의 스위치를 통하여 상기 제1의 2차전지의 일단에 접속 가능하게 마련됨과 함께, 상기 제4의 스위치를 통하여 상기 제2의 2차전지의 타단에 접속 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1의 스위치 및 상기 제4의 스위치와, 상기 제2의 스위치 및 상기 제3의 스위치를, 상기 제1의 2차전지 및 상기 제2의 2차전지의 충전시 및 방전시에 있어서 교대로 온 상태로 하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은, 비공진형 컨버터를 형성하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 권선 및 상기 제2의 권선은, 철심에 권회되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
  8. 제4항 또는 제5항에 기재된 셀 밸런스 회로를 복수 구비하는 셀 밸런스 장치로서,
    상기 제1의 스위치, 상기 제2의 스위치, 상기 제3의 스위치, 및 상기 제4의 스위치의 스위칭은, 상기 복수의 셀 밸런스 회로의 각각의 사이에서는 비동기인 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 장치.
  9. 제1의 2차전지 및 제2의 2차전지의 각각의 충전 전압을 균일화하는 셀 밸런스 회로로서,
    상기 제1의 2차전지와 쌍으로 마련된 제1의 1차 권선 및 제1의 2차 권선을 갖는 제1의 트랜스와,
    상기 제2의 2차전지와 쌍으로 마련된 제2의 1차 권선 및 제2의 2차 권선을 갖는 제2의 트랜스와,
    상기 제1의 2차전지의 충전 전압을 상기 제1의 1차 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 제1의 스위칭 수단을 구비하고,
    상기 제1의 1차 권선의 권수와 상기 제1의 2차 권선의 권수가 다르고, 또한, 상기 제1의 1차 권선의 권수와 상기 제2의 1차 권선의 권수가 동등함과 함께, 상기 제1의 2차 권선의 권수와 상기 제2의 2차 권선의 권수가 동등하고,
    상기 제1의 2차 권선과, 상기 제2의 2차 권선은 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2의 2차전지의 충전 전압을 상기 제2의 1차 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 제2의 스위칭 수단을 구비하고,
    상기 제1의 스위칭 수단과 상기 제2의 스위칭 수단은, 동기하여 동작하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1의 스위칭 수단은,
    상기 제1의 2차전지의 일단과, 상기 제1의 1차 권선의 일단을 접속함과 함께, 당해 제1의 2차전지의 타단과, 당해 제1의 1차 권선의 타단을 접속하는 제1 수순과,
    상기 제1의 2차전지의 일단과, 상기 제1의 1차 권선의 타단을 접속함과 함께, 당해 제1의 2차전지의 타단과, 당해 제1의 1차 권선의 일단을 접속하는 제2 수순을 행하고,
    상기 제2의 스위칭 수단은,
    상기 제2의 2차전지의 일단과, 상기 제2의 1차 권선의 일단을 접속함과 함께, 당해 제2의 2차전지의 타단과, 당해 제2의 1차 권선의 타단을 접속하는 제3 수순과,
    상기 제2의 2차전지의 일단과, 상기 제2의 1차 권선의 타단을 접속함과 함께, 당해 제2의 2차전지의 타단과, 당해 제2의 1차 권선의 일단을 접속하는 제4 수순을 행하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    직류 전압을 출력하는 직류원과,
    상기 직류원의 출력 전압을 상기 제1의 2차 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 제3의 스위칭 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2의 2차전지의 충전 전압을 상기 제2의 1차 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 제2의 스위칭 수단과,
    상기 직류원의 출력 전압을 상기 제2의 2차 권선에 인가시키는지의 여부를 제어하는 제4의 스위칭 수단을 구비하고,
    상기 제1의 스위칭 수단과 상기 제3의 스위칭 수단은, 동기하여 동작하고,
    상기 제2의 스위칭 수단과 상기 제4의 스위칭 수단은, 동기하여 동작하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제3의 스위칭 수단은,
    상기 직류원의 고전위측 단자와, 상기 제1의 2차 권선의 일단을 접속함과 함께, 당해 직류원의 저전위측 단자와, 당해 제1의 2차 권선의 타단을 접속하는 제5 수순과,
    상기 직류원의 고전위측 단자와, 상기 제1의 2차 권선의 타단을 접속함과 함께, 당해 직류원의 저전위측 단자와, 당해 제1의 2차 권선의 일단을 접속하는 제6 수순을 행하고,
    상기 제4의 스위칭 수단은,
    상기 직류원의 고전위측 단자와, 상기 제2의 2차 권선의 일단을 접속함과 함께, 당해 직류원의 저전위측 단자와, 당해 제2의 2차 권선의 타단을 접속하는 제7 수순과,
    상기 직류원의 고전위측 단자와, 상기 제2의 2차 권선의 타단을 접속함과 함께, 당해 직류원의 저전위측 단자와, 당해 제2의 2차 권선의 일단을 접속하는 제8 수순을 행하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 트랜스 및 상기 제2의 트랜스는, 각각, 서로 분리된 철심을 구비하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 2차 권선 및 상기 제2의 2차 권선의 권수는, 상기 제1의 1차 권선 및 상기 제2의 1차 권선의 권수보다 큰 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
  17. 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 스위칭 수단은, 비공진형 컨버터를 형성하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런스 회로.
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