JP2022518922A - セル均等化装置、これを含むバッテリー装置およびセル均等化方法 - Google Patents

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Abstract

第１バッテリーセル、複数の第２バッテリーセルおよび第３バッテリーセルが直列に連結されているバッテリーモジュールのセル均等化装置が提供される。第１インダクタの第１端子が第１バッテリーセルの負極に連結されており、第２インダクタの第１端子が第３バッテリーセルの正極に連結されている。第１トランジスターが第１インダクタの第２端子と第２インダクタの第２端子との間に連結されている。第１アクティブ素子が第１バッテリーセルの正極と第１インダクタの第２端子との間に連結されており、第２アクティブ素子が第３バッテリーセルの負極と第２インダクタの第２端子との間に連結されている。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は、２０１９年１１月１８日付大韓民国特許出願第１０－２０１９－０１４７９７５に基づいた優先権の利益を主張し、当該大韓民国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として組み含まれる。
以下で記載された技術は、セル均等化装置、これを含むバッテリー装置およびセル均等化方法に関する。
バッテリーパック内部には多数のバッテリーセルが直列または並列に連結されており、バッテリーセル間の電圧偏差はバッテリーセルの過放電または過充電を招き、バッテリーセルの寿命も減少させることができる。このような電圧偏差を改善するためにバッテリー管理システム（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）内部にセル均等化（ｃｅｌｌ ｂａｌａｎｃｉｎｇ）回路を設計する。
セル均等化回路として、相対的に電圧が高いバッテリーセルのエネルギーを抵抗の発熱で消耗させてバッテリーセル間の均衡を維持するパッシブセル均等化回路が使用され得る。この場合、抵抗の発熱により均等化のための電流に制限があるため、バッテリーセルの容量が増加する傾向に合わせて均等化のための電流を増やし難いという問題点がある。これを改善するために、相対的に電圧が高いバッテリーセルのエネルギーを相対的に電圧が低いバッテリーセルのエネルギーに伝達するアクティブセル均等化回路が提案されている。しかし、アクティブセル均等化回路を実現するために多くの素子が必要であるため、セル均等化回路の単価が高いという問題点がある。
一実施例は、セル均等化回路の単価を低減させることができるセル均等化装置、これを含むバッテリー装置およびセル均等化方法を提供することができる。
一実施例によれば、第１バッテリーセル、複数の第２バッテリーセルおよび第３バッテリーセルが直列に連結されているバッテリーモジュールのセル均等化装置が提供される。セル均等化装置は、第１インダクタ、第２インダクタ、第１トランジスター、第１アクティブ素子および第２アクティブ素子を含む。第１インダクタの第１端子が第１バッテリーセルの負極に連結されており、第２インダクタの第２端子が第３バッテリーセルの正極に連結されている。第１トランジスターは、第１インダクタの第２端子と第２インダクタの第２端子との間に連結されている。第１アクティブ素子が第１バッテリーセルの正極と第１インダクタの第２端子との間に連結されており、第２アクティブ素子が第３バッテリーセルの負極と第２インダクタの第２端子との間に連結されている。
第１アクティブ素子は、カソードが第１バッテリーセルの正極に連結され、アノードが第１インダクタの第２端子に連結されている第１ダイオードを含み、第２アクティブ素子は、カソードが第２インダクタの第２端子に連結され、アノードが第３バッテリーセルの負極に連結されている第２ダイオードを含むことができる。
セル均等化装置は、セル均等化の時に第１トランジスターをオンする動作とオフする動作を繰り返す処理回路をさらに含むことができる。
第１アクティブ素子は、第１バッテリーセルの正極と第１インダクタの第２端子との間に連結されている第２トランジスターを含み、第２アクティブ素子は、第２インダクタの第２端子と第３バッテリーセルの負極との間に連結されている第３トランジスターを含むことができる。
セル均等化装置は、第１および第３バッテリーセルのエネルギーを第２バッテリーセルに伝達するためのセル均等化の時に、第２および第３トランジスターをオンする動作とオフする動作を繰り返す処理回路をさらに含むことができる。
処理回路は、第２バッテリーセルのエネルギーを第１および第３バッテリーセルに伝達するためのセル均等化の時に、第１トランジスターをオンする動作とオフする動作を繰り返すことができる。
第２および第３トランジスターは、それぞれボディーダイオードを有することができる。
バッテリーモジュールにおいて、第１バッテリーセルは正極方向の最外側バッテリーセルであり、第３バッテリーセルは負極方向の最外側バッテリーセルであり得る。
他の実施例によれば、第１バッテリーセル、複数の第２バッテリーセルおよび第３バッテリーセルが直列に連結されているバッテリーモジュール、第１バッテリーセルの負極に連結されている第１インダクタと第３バッテリーセルの正極に連結されている第２インダクタとを含むセル均等化回路、そして処理回路を含むバッテリー装置が提供される。処理回路は、第２バッテリーセルのエネルギーを第１および第３バッテリーセルに伝達するために、第１期間で、第２バッテリーセル、第１インダクタおよび第２インダクタを経て形成される第１電流経路を通じて第１インダクタと第２インダクタに電流を注入し、第２期間で、第１インダクタと第１バッテリーセルを経て形成される第２電流経路を通じて第１インダクタに注入された電流を第１バッテリーセルに伝達し、第２インダクタと第３バッテリーセルを経て形成される第３電流経路を通じて第２インダクタに注入された電流を第３バッテリーセルに伝達する。
処理回路は、第１および第３バッテリーセルのエネルギーを第２バッテリーセルに伝達するために、第３期間で、第１バッテリーセルと第１インダクタを経て形成される第４電流経路を通じて第１インダクタに電流を注入し、第３バッテリーセルと第２インダクタを経て形成される第５電流経路を通じて第２インダクタに電流を注入し、第４期間で、第１インダクタと第２バッテリーセルを経て形成される第６電流経路を通じて第１インダクタに注入された電流を第２バッテリーセルに伝達し、第２インダクタと第２バッテリーセルを経て形成される第７電流経路を通じて第２インダクタに注入された電流を第２バッテリーセルに伝達することができる。
また他の実施によれば、第１バッテリーセル、複数の第２バッテリーセルおよび第３バッテリーセルが直列に連結されているバッテリーモジュールのセル均等化方法が提供される。セル均等化方法は、第１バッテリーセルと第３バッテリーセルの電圧が第２バッテリーセルの電圧より低い場合、第２バッテリーセルのエネルギーを第１および第３バッテリーセルに伝達する段階、そして第１および第３バッテリーセルの電圧が第２バッテリーセルの電圧より高い場合、第１および第３バッテリーセルのエネルギーを第２バッテリーセルに伝達する段階を含む。
一実施例によれば、セル均等化回路で素子の個数を減らして単価を低減することができる。
一実施例によるバッテリー装置を示す図面である。 一実施例によるバッテリー管理システムの均等化回路の一例を示す図面である。 図２に示した均等化回路の信号タイミングおよび電流を示す図面である。 図２に示した均等化回路の電流経路を示す図面である。 図２に示した均等化回路の電流経路を示す図面である。 放電時の最外側バッテリーセルと内部バッテリーセルのセル電圧を示す図面である。 充電時の最外側バッテリーセルと内部バッテリーセルのセル電圧を示す図面である。 他の実施例によるバッテリー管理システムの均等化回路の一例を示す図面である。 図８に示した均等化回路の信号タイミングおよび電流を示す図面である。 図８に示した均等化回路の電流経路を示す図面である。 図８に示した均等化回路の電流経路を示す図面である。
以下、添付した図面を参照して実施例について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。そして、図面において、本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって類似の部分については類似の図面符号を付した。
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されていることもできるが、中間に他の構成要素が存在することもできると理解されなければならない。反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないと理解されなければならない。
以下の説明において単数で記載された表現は、「一つ」または「単一」などの明示的な表現を使用しない以上、単数または複数に解釈され得る。
図１は一実施例によるバッテリー装置を示す図面である。
図１を参照すると、バッテリー装置１００は、外部装置１０に電気的に連結される構造を有する。外部装置１０が負荷である場合、バッテリー装置１００は、負荷１０にエネルギーを供給する電源として動作して放電される。外部装置１０が充電器である場合、バッテリー装置１００は充電器１０を通じて外部エネルギーの供給を受けて充電される。
負荷として動作する外部装置１０は、例えば、電子装置、移動手段またはエネルギー貯蔵システム（ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ、ＥＳＳ）であり、移動手段は、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車またはスマートモビリティー（ｓｍａｒｔ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）であり得る。
バッテリー装置１００は、バッテリーパック１１０、バッテリー管理システム（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）１２０およびスイッチ１３１、１３２を含む。
バッテリーパック１１０は、電気的に連結されている複数のバッテリーセル（図示せず）を含む。ある実施例において、バッテリーセルは、充電可能な二次電池であり得る。バッテリーパック１１０は、所定個数のバッテリーセルが直列に連結されているバッテリーモジュールを含むことができる。ある実施例において、バッテリーパック１１０で所定個数のバッテリーモジュールが直列または並列に連結されて望むエネルギーを供給することができる。
バッテリーパック１１０は、配線を通じてバッテリー管理システム１２０に連結されている。バッテリー管理システム１２０は、複数のバッテリーセルに対する情報を含むバッテリーセルに関する多様な情報を取り合いおよび分析してバッテリーセルの充電および放電、セル均等化動作、保護動作などを制御し、スイッチ１３１、１３２の動作を制御することができる。
バッテリー管理システム１２０は、セル均等化回路１２１および処理回路１２２を含む。セル均等化回路１２１は、バッテリーパック１１０のバッテリーモジュールに対応する。ある実施例において、バッテリーパック１１０が複数のバッテリーモジュールを含む場合、複数のバッテリーモジュールにそれぞれ対応する複数のセル均等化回路１２１が提供され得る。セル均等化回路１２１は、直列に連結されている複数のバッテリーセルの外側バッテリーセルと内部バッテリーセルとの間でセル均等化を行う。ある実施例において、セル均等化回路１２１は、均等化が必要な場合、処理回路１２２の制御により均等化を行うことができる。
スイッチ１３１、１３２は、バッテリーパック１１０と外部装置１０との間に連結されてバッテリーパック１１０と外部装置１０との間の電気的連結を制御する。例えば、スイッチ１３１は、バッテリーパック１１０の正極電圧が出力される正極出力端子ＰＶ（＋）と外部装置１０に連結される正極連結端子ＤＣ（＋）との間に連結され、スイッチ１３２は、バッテリーパック１１０の負極電圧が出力される負極出力端子ＰＶ（－）と外部装置１０に連結される負極連結端子ＤＣ（－）との間に連結され得る。ある実施例において、スイッチ１３１、１３２は、トランジスターまたはリレーであり得る。
処理回路１２２は、セル均等化回路１２１の動作およびスイッチ１３１、１３２の動作を制御する。処理回路１２２は、プロセッサーを含む回路であり、プロセッサーは、例えば、マイクロ制御装置（ｍｉｃｒｏ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｕｎｉｔ、ＭＣＵ）であり得る。また処理回路１２２は、プロセッサーの制御によりセル均等化回路１２２のスイッチの動作を制御する駆動ドライバーをさらに含むことができる。
ある実施例において、バッテリー管理システム１２０は、セル電圧感知回路（図示せず）をさらに含むことができる。処理回路１２２は、セル電圧監視回路で感知したバッテリーセルの電圧に基づいて均等化が必要であるか否かを決定することができる。
以下、一実施例によるバッテリー管理システムのセル均等化回路について図２から図５を参照して説明する。
図２は一実施例によるバッテリー管理システムの均等化回路の一例を示す図面であり、図３は図２に示した均等化回路の信号タイミングおよび電流を示す図面であり、図４および図５は図２に示した均等化回路の電流経路を示す図面である。図２から図５では、説明の便宜上、バッテリーモジュールで含まれる直列に連結されているバッテリーセルの個数を６個と仮定するが、バッテリーセルの個数は６個に限定されない。
図２を参照すると、セル均等化回路２００は、トランジスターＳＷ１、インダクタＬ１、Ｌ２およびダイオードＤ１、Ｄ２を含む。
インダクタＬ１の第１端子は、複数のバッテリーセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６のうちで正極方向の最外側バッテリーセルＣ１とこれに隣接したバッテリーセルＣ２との接点（つまり、最外側バッテリーセルＣ１の負極および隣接したバッテリーセルＣ２の正極）に連結されている。ダイオードＤ１は、最外側バッテリーセルＣ１の正極とインダクタＬ１の第２端子との間に連結されている。具体的に、ダイオードＤ１のカソードが最外側バッテリーセルＣ１の正極に連結され、ダイオードＤ１のアノードがインダクタＬ１の第２端子に連結されている。
インダクタＬ２の第１端子は、複数のバッテリーセルＣ１－Ｃ６のうちで負極方向の最外側バッテリーセルＣ６とこれに隣接したバッテリーセルＣ５との接点（つまり、最外側バッテリーセルＣ６の正極および隣接したバッテリーセルＣ５の負極）に連結されている。ダイオードＤ２は、最外側バッテリーセルＣ６の負極とインダクタＬ２の第２端子との間に連結されている。具体的に、ダイオードＤ２のアノードが最外側バッテリーセルＣ６の負極に連結され、ダイオードＤ２のカソードがインダクタＬ２の第２端子に連結されている。
トランジスターＳＷ１は、インダクタＬ１の第２端子（つまり、ダイオードＤ１のアノード）とインダクタＬ２の第２端子（つまり、ダイオードＤ２のカソード）との間に連結されている。具体的に、トランジスターＳＷ１の第１端子がインダクタＬ１の第２端子に連結され、トランジスターＳＷ１の第２端子がインダクタＬ２の第２端子に連結されている。トランジスターＳＷ１は、制御端子に伝達される処理回路（図１の１２２）、例えば処理回路１２２の駆動ドライバーからの制御信号に応答してオン／オフされ得る。ある実施例において、トランジスターＳＷ１は、ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり得る。この場合、トランジスターＳＷ１は、ボディーダイオードを有することができる。一実施例において、図２に示したように、トランジスターＳＷ１は、ｎチャンネルトランジスター、例えばＮＭＯＳトランジスターであり得る。この場合、トランジスターＳＷ１は、ドレイン、ソースおよびゲートをそれぞれ第１端子、第２端子および制御端子として有する。
図３および図４を参照すると、均等化が必要な場合、ｔ０で処理回路（図１の１２２）からの制御信号に応答してトランジスターＳＷ１がオンされる。その後、複数のバッテリーセルのうちの内部バッテリーセルＣ２－Ｃ５、インダクタＬ１、トランジスターＳＷ１およびインダクタＬ２を経て電流経路Ｉ１が形成される。内部バッテリーセルＣ２－Ｃ５の電圧によりインダクタＬ１、Ｌ２に流れる電流ＩＬ１、ＩＬ２が漸進的に増加し、内部バッテリーセルＣ２－Ｃ５を通じて流れる電流ＩＣ２－Ｃ５も漸進的に増加する。つまり、ｔ０からｔ１までの期間の間に内部バッテリーセルＣ２－Ｃ５のエネルギーがインダクタＬ１、Ｌ２に注入され得る。
次に、図３および図５を参照すると、ｔ１でトランジスターＳＷ１がオフされ、インダクタＬ１、ダイオードＤ１および正極方向の最外側バッテリーセルＣ１を経て電流経路Ｉ２が形成され、インダクタＬ２、負極方向の最外側バッテリーセルＣ６およびダイオードＤ２を経て電流経路Ｉ３が形成される。これによって、インダクタＬ１、Ｌ２に流れる電流ＩＬ１、ＩＬ２が最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６に供給されてインダクタＬ１、Ｌ２に流れる電流ＩＬ１、ＩＬ２が漸進的に減少し、最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６を通じて流れる電流ＩＣ１、ＩＣ６も漸進的に減少する。つまり、ｔ１からｔ２までの期間の間にインダクタＬ１、Ｌ２に注入されたエネルギーが最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６に供給されて、最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６が充電され得る。ここで、ｔ２はインダクタＬ１、Ｌ２に流れる電流ＩＬ１、ＩＬ２が０になる時点であり得る。
次に、処理回路１２２は、インダクタＬ１、Ｌ２に電流ＩＬ１、ＩＬ２を注入する動作（ｔ０－ｔ１）およびインダクタＬ１、Ｌ２に流れる電流で最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６を充電する動作（ｔ１－ｔ２）を均等化が完了するまで繰り返すことができる。
図２では最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６とインダクタＬ１、Ｌ２との間の電流経路を形成するためのアクティブ素子としてダイオードＤ１、Ｄ２が使用されたが、ダイオードＤ１、Ｄ２の代わりに他のアクティブ素子が使用され得る。ある実施例において、ダイオードＤ１、Ｄ２の代わりにトランジスターが使用され得る。一実施例において、トランジスターＳＷ１をオンする時、ダイオードの代わりに使用されるトランジスターをオフし、トランジスターＳＷ１をオフする時、ダイオードの代わりに使用されるトランジスターをオンすることができる。他の実施例において、トランジスターＳＷ１のオン／オフと関係なくダイオードの代わりに使用されるトランジスターをオフ状態に維持することができる。この場合、インダクタＬ１、Ｌ２に注入された電流は、トランジスターのボディーダイオードを通じてそれぞれ最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６に伝達され得る。
バッテリー装置（図１の１００）が外部装置（図１の１０）にエネルギーを供給する場合、図６に示したように、バッテリーモジュールで最外側バッテリーセルの温度が低くて最外側バッテリーセルが先に放電され得る。一実施例によれば、内部バッテリーセルＣ２－Ｃ６のエネルギーをインダクタＬ１、Ｌ２を通じて最外側バッテリーセルに伝達することができるため、均等化を行うことができる。またバッテリーセル毎にインダクタとトランジスターを使用する従来のアクティブセル均等化回路に比べて使用される素子の個数を減らすことができ、これによってセル均等化回路の単価を低減することができる。
一方、充電器である外部装置１０を通じてバッテリー装置１００が充電される場合、図７に示したように、内部バッテリーセルに比べて最外側バッテリーセルが先に充電され得る。この場合、最外側バッテリーセルのエネルギーを内部バッテリーセルに伝達して均等化を行うことができる。しかし、図２に示したセル均等化回路では最外側バッテリーセルのエネルギーを内部バッテリーセルに伝達できないことがある。
以下、最外側バッテリーセルのエネルギーを内部バッテリーセルに伝達することができるセル均等化回路について図８から図１１を参照して説明する。
図８は他の実施例によるバッテリー管理システムの均等化回路の一例を示す図面であり、図９は図８に示した均等化回路の信号タイミングおよび電流を示す図面であり、図１０および図１１は図８に示した均等化回路の電流経路を示す図面である。図８から図１１では、説明の便宜上、バッテリーモジュールに含まれる直列に連結されているバッテリーセルの個数を６個と仮定するが、バッテリーセルの個数は６個に限定されない。
図８を参照すると、セル均等化回路８００は、トランジスターＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、インダクタＬ１、Ｌ２およびダイオードＤ３、Ｄ４を含む。
トランジスターＳＷ１およびインダクタＬ１、Ｌ２は、図２を参照して説明したセル均等化回路２００と類似する連結関係を有する。
インダクタＬ１の第１端子は、複数のバッテリーセルＣ１－Ｃ６のうちで正極方向の最外側バッテリーセルＣ１とこれに隣接したバッテリーセルＣ２との接点（つまり、最外側バッテリーセルＣ１の負極および隣接したバッテリーセルＣ２の正極）に連結されている。トランジスターＳＷ２は、最外側バッテリーセルＣ１の正極とインダクタＬ１の第２端子との間に連結されている。具体的に、トランジスターＳＷ２の第１端子が最外側バッテリーセルＣ１の正極に連結され、トランジスターＳＷ２の第２端子がインダクタＬ１の第２端子に連結されている。
インダクタＬ２の第１端子は、複数のバッテリーセルＣ１－Ｃ６のうちで負極方向の最外側バッテリーセルＣ６とこれに隣接したバッテリーセルＣ５との接点（つまり、最外側バッテリーセルＣ６の正極および隣接したバッテリーセルＣ５の負極）に連結されている。トランジスターＳＷ３は、最外側バッテリーセルＣ６の負極とインダクタＬ２の第２端子との間に連結されている。具体的に、トランジスターＳＷ２の第１端子がインダクタＬ２の第２端子に連結され、トランジスターＳＷ２の第２端子が最外側バッテリーセルＣ６の負極に連結されている。
ダイオードＤ３は、負極方向の最外側バッテリーセルＣ６に隣接したバッテリーセルＣ５の負極（つまり、最外側バッテリーセルＣ６の正極およびインダクタＬ２の第１端子）とインダクタＬ１の第２端子（つまり、トランジスターＳＷ２の第２端子）との間に連結されている。具体的に、ダイオードＤ３のアノードが隣接したバッテリーセルＣ５の負極に連結され、ダイオードＤ３のカソードがインダクタＬ１の第２端子に連結されている。ダイオードＤ４は正極方向の最外側バッテリーセルＣ１に隣接したバッテリーセルＣ２の正極（つまり、最外側バッテリーセルＣ１の負極およびインダクタＬ２の第１端子）とインダクタＬ１の第２端子（つまり、トランジスターＳＷ２の第２端子）との間に連結されている。具体的に、ダイオードＤ４のカソードが隣接したバッテリーセルＣ２の正極に連結され、ダイオードＤ４のアノードがインダクタＬ２の第２端子に連結されている。
トランジスターＳＷ１は、インダクタＬ１の第２端子（つまり、トランジスターＳＷ２の第２端子およびダイオードＤ３のカソード）とインダクタＬ２の第２端子（つまり、トランジスターＳＷ３の第１端子およびダイオードＤ４のアノード）との間に連結されている。具体的に、トランジスターＳＷ１の第１端子がインダクタＬ１の第２端子に連結され、トランジスターＳＷ１の第２端子がインダクタＬ２の第２端子に連結されている。
トランジスターＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、制御端子に伝達される処理回路（図１の１２２）、例えば処理回路１２２の駆動ドライバーからの制御信号に応答してオン／オフされ得る。ある実施例において、トランジスターＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり得る。この場合、トランジスターＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、ボディーダイオードを有することができる。一実施例において、図８に示したように、トランジスターＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、ｎチャンネルトランジスター、例えばＮＭＯＳトランジスターであり得る。この場合、トランジスターＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、ドレイン、ソースおよびゲートをそれぞれ第１端子、第２端子および制御端子に有する。
図９および図１０を参照すると、最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６のエネルギーを内部バッテリーセルＣ２－Ｃ５に伝達するための均等化が必要な場合、ｔ０で処理回路（図１の１２２）からの制御信号に応答してトランジスターＳＷ２、ＳＷ３がオンされる。その後、正極方向の最外側バッテリーセルＣ１、トランジスターＳＷ２およびインダクタＬ１を経て電流経路Ｉ１が形成され、負極方向の最外側バッテリーセルＣ６、インダクタＬ２およびトランジスターＳＷ３を経て電流経路Ｉ２が形成される。最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６の電圧によりインダクタＬ１、Ｌ２に流れる電流ＩＬ１、ＩＬ２が漸進的に増加し、最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６を通じて流れる電流ＩＣ１、ＩＣ６も漸進的に増加する。つまり、ｔ０からｔ１までの期間の間に最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６のエネルギーがインダクタＬ１、Ｌ２に注入され得る。
次に、図９および図１１を参照すると、ｔ１でトランジスターＳＷ２、ＳＷ３がオフされ、インダクタＬ１、内部バッテリーセルＣ２－Ｃ５およびダイオードＤ３を経て電流経路Ｉ３が形成され、インダクタＬ２、ダイオードＤ４および内部バッテリーセルＣ２－Ｃ５を経て電流経路Ｉ４が形成される。インダクタＬ１、Ｌ２に流れる電流ＩＬ１、ＩＬ２が内部バッテリーセルＣ２－Ｃ５に供給されてインダクタＬ１、Ｌ２に流れる電流ＩＬ１、ＩＬ２は漸進的に減少し、内部バッテリーセルＣ２－Ｃ５を通じて流れる電流ＩＣ２－Ｃ５も漸進的に減少する。つまり、ｔ１からｔ２までの期間の間にインダクタＬ１、Ｌ２に注入されたエネルギーが内部バッテリーセルＣ２－Ｃ５に供給されて、内部バッテリーセルＣ２－Ｃ５が充電され得る。ここで、ｔ２はインダクタＬ１、Ｌ２に流れる電流ＩＬ１、ＩＬ２が０になる時点であり得る。
次に、処理回路１２２は、インダクタＬ１、Ｌ２に電流ＩＬ１、ＩＬ２を注入する動作（ｔ０－ｔ１）およびインダクタＬ１、Ｌ２に流れる電流で最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６を充電する動作（ｔ１－ｔ２）を均等化が完了するまで繰り返すことができる。
一方、内部バッテリーセルＣ２－Ｃ５のエネルギーを最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６に伝達するための均等化が必要な場合、図３から図５を参照して説明したように、トランジスターＳＷ１のオン／オフ動作を繰り返すことによって均等化を行うことができる。
具体的に、図２に示したように、まず処理回路１２２は、トランジスターＳＷ１をオンして内部バッテリーセルＣ２－Ｃ５、インダクタＬ１、トランジスターＳＷ１およびインダクタＬ２を経て電流経路を形成する。これによって、内部バッテリーセルＣ２－Ｃ５のエネルギーがインダクタＬ１、Ｌ２に注入され得る。
次に、処理回路１２２は、トランジスターＳＷ１をオフし、インダクタＬ１、トランジスターＳＷ２および正極方向の最外側バッテリーセルＣ１を経て電流経路を形成し、インダクタＬ２、負極方向の最外側バッテリーセルＣ６およびトランジスターＳＷ３を経て電流経路を形成する。これによって、インダクタＬ１、Ｌ２に注入されたエネルギーが最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６に供給されて、最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６が充電され得る。
ある実施例において、最外側バッテリーセルＣ１、Ｃ６にエネルギーを供給するための二つの電流経路は、それぞれトランジスターＳＷ２のボディーダイオードとトランジスターＳＷ３のボディーダイオードを通じて形成され得る。一実施例において、トランジスターＳＷ１をオンする時、トランジスターＳＷ２、ＳＷ３をオフし、トランジスターＳＷ１をオフする時、トランジスターＳＷ２、ＳＷ３をオンすることができる。他の実施例において、トランジスターＳＷ１のオン／オフと関係なくトランジスターＳＷ２、ＳＷ３をオフの状態に維持することができる。
このように、他の実施例によれば、バッテリー装置（図１の１００）が充電される場合のように、内部バッテリーセルに比べて最外側バッテリーセルの電圧が高い場合、最外側バッテリーセルのエネルギーを内部バッテリーセルに伝達して均等化を行うことができる。またバッテリー装置１００が外部装置（図１の１０）にエネルギーを供給する場合のように、最外側バッテリーセルの電圧が内部バッテリーセルの電圧より低い場合、内部バッテリーセルのエネルギーを最外側バッテリーセルに伝達して均等化を行うことができる。
以上で実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。

Claims (19)

  1. 第１バッテリーセル、第２バッテリーセル、および第３バッテリーセルが直列に連結されているバッテリーモジュールのセル均等化装置であって、
    前記第１バッテリーセルの負極に第１端子が連結されている第１インダクタと、
    前記第３バッテリーセルの正極に第１端子が連結されている第２インダクタと、
    前記第１インダクタの第２端子と前記第２インダクタの第２端子との間に連結されている第１トランジスターと、
    前記第１バッテリーセルの正極と前記第１インダクタの第２端子との間に連結されている第１アクティブ素子と、
    前記第３バッテリーセルの負極と前記第２インダクタの第２端子との間に連結されている第２アクティブ素子と、
    を含むセル均等化装置。
  2. 前記第１アクティブ素子は、カソードが前記第１バッテリーセルの正極に連結され、アノードが前記第１インダクタの第２端子に連結されている第１ダイオードを含み、
    前記第２アクティブ素子は、カソードが前記第２インダクタの第２端子に連結され、アノードが前記第３バッテリーセルの負極に連結されている第２ダイオードを含む
    請求項１に記載のセル均等化装置。
  3. セル均等化の時に前記第１トランジスターをオンする動作とオフする動作を繰り返す処理回路をさらに含む、請求項２に記載のセル均等化装置。
  4. 前記第１アクティブ素子は、前記第１バッテリーセルの正極と前記第１インダクタの第２端子との間に連結されている第２トランジスターを含み、
    前記第２アクティブ素子は、前記第２インダクタの第２端子と前記第３バッテリーセルの負極との間に連結されている第３トランジスターを含む
    請求項１から３のいずれか一項に記載のセル均等化装置。
  5. 前記第１および第３バッテリーセルのエネルギーを前記第２バッテリーセルに伝達するためのセル均等化の時に、前記第２および第３トランジスターをオンする動作とオフする動作を繰り返す処理回路をさらに含む、請求項４に記載のセル均等化装置。
  6. 前記処理回路は、前記第２バッテリーセルのエネルギーを前記第１および第３バッテリーセルに伝達するためのセル均等化の時に、前記第１トランジスターをオンする動作とオフする動作を繰り返す、請求項５に記載のセル均等化装置。
  7. 前記第２および第３トランジスターは、それぞれボディーダイオードを有する、請求項６に記載のセル均等化装置。
  8. 前記バッテリーモジュールにおいて、前記第１バッテリーセルは正極方向の最外側バッテリーセルであり、前記第３バッテリーセルは負極方向の最外側バッテリーセルである、請求項１から７のいずれか一項に記載のセル均等化装置。
  9. 第１バッテリーセル、第２バッテリーセル、および第３バッテリーセルが直列に連結されているバッテリーモジュールと、
    前記第１バッテリーセルの負極に連結されている第１インダクタと、前記第３バッテリーセルの正極に連結されている第２インダクタとを含むセル均等化回路と、
    処理回路と、を備え、
    前記処理回路は、前記第２バッテリーセルのエネルギーを前記第１および第３バッテリーセルに伝達するために、
    第１期間で、前記第２バッテリーセル、前記第１インダクタおよび前記第２インダクタを経て形成される第１電流経路を通じて前記第１インダクタと前記第２インダクタに電流を注入し、
    第２期間で、前記第１インダクタと前記第１バッテリーセルを経て形成される第２電流経路を通じて前記第１インダクタに注入された電流を前記第１バッテリーセルに伝達し、前記第２インダクタと前記第３バッテリーセルを経て形成される第３電流経路を通じて前記第２インダクタに注入された電流を前記第３バッテリーセルに伝達する
    バッテリー装置。
  10. 前記セル均等化回路は、前記第１電流経路を形成するための第１トランジスター、前記第２電流経路を形成するための第１ダイオード、および前記第３電流経路を形成するための第２ダイオードをさらに含む、請求項９に記載のバッテリー装置。
  11. 前記セル均等化回路は、前記第１電流経路を形成するための第１トランジスター、前記第２電流経路を形成するための第２トランジスター、および前記第３電流経路を形成するための第３トランジスターをさらに含む、請求項９に記載のバッテリー装置。
  12. 前記処理回路は、前記第１および第３バッテリーセルのエネルギーを前記第２バッテリーセルに伝達するために、
    第３期間で、前記第１バッテリーセルと前記第１インダクタを経て形成される第４電流経路を通じて前記第１インダクタに電流を注入し、前記第３バッテリーセルと前記第２インダクタを経て形成される第５電流経路を通じて前記第２インダクタに電流を注入し、
    第４期間で、前記第１インダクタと前記第２バッテリーセルを経て形成される第６電流経路を通じて前記第１インダクタに注入された電流を前記第２バッテリーセルに伝達し、前記第２インダクタと前記第２バッテリーセルを経て形成される第７電流経路を通じて前記第２インダクタに注入された電流を前記第２バッテリーセルに伝達する
    請求項９から１１のいずれか一項に記載のバッテリー装置。
  13. 前記セル均等化回路は、前記第４電流経路を形成するための第１トランジスター、前記第５電流経路を形成するための第２トランジスター、前記第６電流経路を形成するための第１ダイオード、および前記第７電流経路を形成するための第２ダイオードをさらに含む、請求項１２に記載のバッテリー装置。
  14. 前記セル均等化回路は、前記第１電流経路を形成するための第３トランジスターをさらに含み、
    前記第１トランジスターは前記第２電流経路を形成し、前記第２トランジスターは前記第３電流経路を形成する
    請求項１３に記載のバッテリー装置。
  15. 前記バッテリーモジュールにおいて、前記第１バッテリーセルは正極方向の最外側バッテリーセルであり、前記第３バッテリーセルは負極方向の最外側バッテリーセルである、請求項９から１４のいずれか一項に記載のバッテリー装置。
  16. 第１バッテリーセル、第２バッテリーセル、および第３バッテリーセルが直列に連結されているバッテリーモジュールのセル均等化方法であって、
    前記第１バッテリーセルと前記第３バッテリーセルの電圧が前記第２バッテリーセルの電圧より低い場合、前記第２バッテリーセルのエネルギーを前記第１および第３バッテリーセルに伝達する段階と、
    前記第１および第３バッテリーセルの電圧が前記第２バッテリーセルの電圧より高い場合、前記第１および第３バッテリーセルのエネルギーを前記第２バッテリーセルに伝達する段階と
    を含むセル均等化方法。
  17. 前記第２バッテリーセルのエネルギーを前記第１および第３バッテリーセルに伝達する段階は、
    前記第２バッテリーセル、前記第１バッテリーセルの負極に連結されている第１インダクタ、および前記第３バッテリーセルの正極に連結されている第２インダクタを経て形成される第１電流経路を通じて前記第１インダクタと前記第２インダクタに電流を注入する段階と、
    前記第１インダクタと前記第１バッテリーセルを経て形成される第２電流経路を通じて前記第１インダクタに注入された電流を前記第１バッテリーセルに伝達し、前記第２インダクタと前記第３バッテリーセルを経て形成される第３電流経路を通じて前記第２インダクタに注入された電流を前記第３バッテリーセルに伝達する段階と
    を含む、請求項１６に記載のセル均等化方法。
  18. 前記第１および第３バッテリーセルのエネルギーを前記第２バッテリーセルに伝達する段階は、
    前記第１バッテリーセルと前記第１バッテリーセルの負極に連結されている第１インダクタを経て形成される第１電流経路を通じて前記第１インダクタに電流を注入し、前記第３バッテリーセルと前記第３バッテリーセルの正極に連結されている第２インダクタを経て形成される第２電流経路を通じて前記第２インダクタに電流を注入する段階と、
    前記第１インダクタと前記第２バッテリーセルを経て形成される第３電流経路を通じて前記第１インダクタに注入された電流を前記第２バッテリーセルに伝達し、前記第２インダクタと前記第２バッテリーセルを経て形成される第４電流経路を通じて前記第２インダクタに注入された電流を前記第２バッテリーセルに伝達する段階
    を含む、請求項１６に記載のセル均等化方法。
  19. 前記バッテリーモジュールにおいて、前記第１バッテリーセルは正極方向の最外側バッテリーセルであり、前記第３バッテリーセルは負極方向の最外側バッテリーセルである、請求項１６から１８のいずれか一項に記載のセル均等化方法。
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