JP5194004B2

JP5194004B2 - 電荷均等化装置および方法

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Publication number: JP5194004B2
Application number: JP2009515304A
Authority: JP
Inventors: ジョンクンオ; ジュンフィイ; スウヨップジャン; コンウムン; ゾンウンキム; ホンソンパク
Original assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Current assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2027-06-13
Also published as: EP2036184A4; KR101124803B1; US20120313583A1; US8217623B2; JP2009540795A; CN101467325A; CN101467325B; KR20070119437A; EP2036184B1; WO2007145464A1; EP2036184A1; US20090302803A1

Description

本発明は、バッテリー電圧均等化装置および方法に係り、より詳しくは、電荷均等化性能は維持しながら半導体スイッチング素子の耐電圧を低めることにより、費用を減らすとともに変圧器の２次巻線を容易に実現することが可能な電荷均等化装置および方法に関する。

多くのシステムは、直列に接続される複数のそれぞれのバッテリーセルを含む、バッテリーパック（ｂａｔｔｅｒｙｐａｃｋ）またはバッテリーアレイ（ｂａｔｔｅｒｙａｒｒａｙ）からなるバッテリーを使用している。

この種のバッテリーセルは、定格充電範囲より著しく高く充電される場合、または定格充電範囲より低く放電される場合に危ない可能性がある。

このようなバッテリーセルの充電状態の不均衡は、様々な原因から発生し、製造中に、またはバッテリーを充放電する処理中に発生する。リチウムイオンセルの場合、工場におけるセルの製造はバッテリーアレイのセル間の容量差を最小化するように厳密に制御される。ところが、セルの不平衡または不一致は、当初の工場における製造の後に一致していた状態と関係なく、様々な他の要因によって発生する。

セルの不平衡に影響を及ぼす要因には、例えばそれぞれのセルの化学反応、セルのインピーダンス、自己放電の速度、容量の減少、動作温度の変動、およびそれぞれのセル間の他の変動などが含まれる。

セルの温度の不一致は、セルの不一致の重要な要因である。例えば、バッテリーセルには「自己放電」があるが、これはバッテリー温度の関数である。高温のバッテリーが低温のバッテリーより典型的にさらに大きい自己放電率を示す。その結果、高温のバッテリーは低温のバッテリーより時間経過に伴って低い充電状態を示す。

バッテリーのセルの充電状態において、不均衡は深刻な問題である。これは電気車両において典型的に発生しうる問題であって、バッテリーのエネルギー供給能力は最も低い充電状態にあるバッテリーセルによって制限される。

このバッテリーセルが完全に消耗すると、他のバッテリーセルはエネルギーの供給を続けることが可能な能力を失う。これは、バッテリーの他のバッテリーセルが未だ電力供給可能な能力を持っているとしても同様である。よって、バッテリーセルの充電状態の不均衡はバッテリーの電力供給能力を減少させる。

勿論、前述の説明は、一つまたはそれ以上のバッテリーセルが消耗した場合に全く異なるバッテリーセルによる電力供給が不可能であるという意味ではない。但し、直列接続の場合、一つまたはそれ以上のバッテリーセルが完全に放電してしまっても、残りのバッテリーセルに未だ電荷が残っていると、そのまま使用は続けることができるが、その場合には、放電済みのバッテリーセルに逆極性の電圧が発生し、その結果としてそのバッテリーセルが過熱し或いはガスが発生して爆発する危険性があるため、電力供給能力を失ってしまうという意味である。

バッテリーセルの充電状態の不均衡を正す様々な方法が提案されており、それらの一つ
が図１に示されている。

図１は従来の技術に係る電荷均等化装置を示す図である。

図１を参照すると、従来の電荷均等化装置は、変圧器Ｔ１〜Ｔｎ、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ、ダイオードＤ１〜Ｄｎ、並びに電圧検出および駆動信号生成部１０を含む。ここで、変圧器は１次巻線と２次巻線のドット方向が互いに反対に形成されている。よって、変圧器は、１次巻線がオンされるとき、１次巻線にエネルギーが充電されるが、２次巻線がオフされ１次巻線がオフされるときは、逆起電力によって、１次巻線に充電されたエネルギーが２次巻線に供給されることにより、２次巻線がオンされる。

スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線に直列に接続され、電圧検出および駆動信号生成部１０から供給される制御信号に応じて、過充電されたバッテリーに充電されたエネルギーを変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線に供給する。これにより、過充電されたバッテリーは放電する。

変圧器Ｔ１〜Ｔｎは、１次巻線に直列に接続されたスイッチＳＷ１〜ＳＷｎがオンされるとき、過充電されたバッテリーからエネルギーの供給を受けて１次巻線に充電し、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎがオフされるとき、逆起電力によって、１次巻線に充電されたエネルギーを２次巻線に供給する。

ダイオードＤ１〜Ｄｎは、２次巻線に直列に接続され、２次巻線から直列接続されたバッテリーＢ１〜Ｂｎに供給されるエネルギーを整流する役割を果たす。

電圧検出および駆動信号生成部１０は、直列接続されたバッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの電圧を検出し、検出された電圧を基準電圧と比較し、基準電圧より大きい電圧が充電、すなわち過充電されたバッテリーからエネルギーを放電させるための駆動信号を生成する。これにより、電圧検出および駆動信号生成部１０から生成された駆動信号は、過充電されたバッテリーに並列に接続されたスイッチに供給され、過充電されたバッテリーのエネルギーが変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線に供給されるように閉ループを形成する。

ところが、従来の電荷均等化装置は、２次巻線にダイオードＤ１〜Ｄｎが直列に接続されており、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎがオンされると、ダイオードＤ１〜Ｄｎに直列に接続されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの電圧の略２倍に近い電圧がかかって、ダイオードＤ１〜Ｄｎの電圧ストレスが高くなるという問題点がある。言い換えれば、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎがオンされると、過充電されたバッテリーから変圧器の１次巻線に供給された電圧、および直列接続されたバッテリーＢ１〜Ｂｎから供給される電圧がダイオードＤ１〜Ｄｎにかかるので、ダイオードＤ１〜Ｄｎは大きい電圧ストレスを受ける。これにより、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線に直列接続されたダイオードＤ１〜Ｄｎそれぞれの耐電圧が増加して電荷均等化装置の費用が増加するという問題点がある。

また、従来の技術に係る電荷均等化装置は、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線数が１次巻線数のＮ倍（直列接続されたバッテリーの個数）なので、バッテリーの数が増加するほど、２次巻線の実現に多くの制約が伴う。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、半導体スイッチング素子の耐電圧を低めることにより、費用を低減するとともに変圧器の２次巻線を容易に実現することが可能な電荷均等化装置および方法を提供することにある。

本発明のある観点によれば、直列接続されたＮ個のバッテリーにそれぞれ並列接続され、Ｎ個のバッテリーのうち過充電されたバッテリーの電圧を低めるＮ個の第１変圧器と、前記第１変圧器から供給されるエネルギーを蓄える電荷充電装置と、前記電荷充電装置に蓄えられたエネルギーを前記直列接続されたＮ個のバッテリーに再分配する第２変圧器と、前記直列接続されたＮ個のバッテリーそれぞれの電圧を検出するとともに、過充電されたバッテリーからエネルギーを放電させるための第１駆動信号、および前記電荷充電装置に蓄えられたエネルギーを前記第２変圧器に供給するための第２駆動信号を生成する電圧検出および駆動信号生成部とを含むことを特徴とする、電荷均等化装置を提供する。

本発明の他の観点によれば、直列接続されたＮ個のバッテリーにそれぞれ並列接続され、Ｎ個のバッテリーのうち過充電されたバッテリーの電圧を低めるＮ個の変圧器と、前記変圧器から供給されるエネルギーを蓄える電荷充電装置と、前記直列接続されたＮ個のバッテリーそれぞれの電圧を検出するとともに、過充電されたバッテリーからエネルギーを放電させるための駆動信号を生成する電圧検出および駆動信号生成部と、前記Ｎ個の変圧器それぞれの１次巻線と前記Ｎ個のバッテリーそれぞれの陰極との間に接続され、前記駆動信号によって駆動されるＮ個の放電スイッチと、前記Ｎ個の変圧器それぞれの２次巻線の一端と前記電荷充電装置の陽極との間にそれぞれ接続されたＮ個の半導体スイッチング装置とを含むことを特徴とする、電荷均等化装置を提供する。

本発明の別の観点によれば、（ａ）直列接続されたＮ個のバッテリーそれぞれの電圧を検出する段階と、（ｂ）前記検出された電圧を第１基準電圧と比較し、第１基準電圧より大きい電圧に過充電されたバッテリーからエネルギーを放電させ、前記過充電されたバッテリーからのエネルギーを電荷充電装置に蓄える段階と、（ｃ）前記電荷充電装置の電圧を検出し、前記検出された電圧と第２基準電圧とを比較した後、前記検出された電圧と前記第２基準電圧とが同一の場合、前記検出された電圧を前記直列接続されたＮ個のバッテリーに再分配し、前記直列接続されたＮ個のバッテリーに前記過充電されたバッテリーから回収されたエネルギーを再充電する段階とを含むことを特徴とする、電荷均等化方法を提供する。

本発明の別の観点によれば、（ａ）直列接続されたＮ個のバッテリーそれぞれの電圧を検出する段階と、（ｂ）前記検出された電圧を基準電圧と比較し、基準電圧より大きい電圧に過充電されたバッテリーからエネルギーを放電させる段階と、（ｃ）前記過充電されたバッテリーからのエネルギーを電荷充電装置に蓄える段階とを含むことを特徴とする、電荷均等化方法を提供する。

本発明は、変圧器を２段に構成することにより、第１変圧器の２次巻線に直列に接続された第１半導体スイッチング素子の電圧ストレスを減らすことができる。

これにより、第１半導体スイッチング素子の耐電圧が低くなり、高効率および低価格の電荷均等化装置を製作することができる。

また、変圧器を２段に構成して第１変圧器の巻線比を減らすことにより、２次巻線の製作を容易にすることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施例に係る電荷均等化装置を示す図、図３は図２に示した電圧検出および駆動信号生成部を示す図である。

図２および図３を参照すると、本発明の一実施例に係る電荷均等化装置は、直列接続されたバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち過充電されたバッテリーの電圧を低めるためのＮ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎ、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎから供給されるエネルギーを蓄える電荷充電装置Ｃｄｕｍｐ、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎから供給されるエネルギーをＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎに再分配する第２変圧器ＴＳ、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線にそれぞれ直列に接続されたＮ個の放電スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線にそれぞれ直列に接続されたＮ個の第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎ、第２変圧器ＴＳの１次巻線に直列接続された再分配スイッチＣＳＷ、第２変圧器ＴＳの２次巻線に直列接続された第２半導体スイッチング素子ＤＳ、およびＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの電圧を検出し、Ｎ個の放電スイッチＳＷ１〜ＳＷｎおよび再分配スイッチＣＳＷの駆動を制御する電圧検出および駆動信号生成部２０を含む。

Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎは、Ｎ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち過充電されたバッテリーの電圧を低めるために、Ｎ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの両端に１次巻線が接続される。すなわち、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎそれぞれの１次巻線の一端はバッテリーの陽極に接続され、１次巻線の他端は放電スイッチの一端に接続され、放電スイッチの他端はバッテリーの陰極に接続される。

また、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎそれぞれの２次巻線の一端には第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎがそれぞれ接続され、２次巻線の他端は電荷充電装置Ｃｄｕｍｐの陰極および再分配スイッチＣＳＷの他端と共通に接続される。

このようなＮ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎは、１次巻線の極性と２次巻線の極性が互いに反対である、すなわち１次巻線に形成されたドットの位置と２次巻線に形成されたドットの位置とが異なるフライバック形態で構成されたが、１次巻線の極性と２次巻線の極性とが同一であるフォワード形態で構成されてもよい。この際、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎそれぞれの１次巻線と２次巻線の巻線比はいずれもＮ１：Ｎ２で、同一である。ここで、Ｎ２はＮ１より大きい値を持つ。

電荷充電装置Ｃｄｕｍｐは、一端が第２変圧器ＴＳの１次巻線の一端および第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎの共通端に接続され、他端が再分配スイッチＣＳＷの他端およびＮ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の他端に接続される。これにより、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐは、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎのうち過充電されたバッテリーからエネルギーを回収した第１変圧器から供給されるエネルギーを充電する。この電荷充電装置Ｃｄｕｍｐは、キャパシタから構成されたが、キャパシタおよびバッテリーのいずれか一つから構成でき、その容量は過充電されたバッテリーの数に比例して決定される。

第２変圧器ＴＳは、過充電されたバッテリーから供給されて電荷充電装置Ｃｄｕｍｐに蓄えられたエネルギー、すなわちＮ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎから供給されるエネルギーを直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎに再分配することにより、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎを再充電する役割を果たす。

このために、第２変圧器ＴＳの１次巻線は、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐの両端に接続され、その２次巻線は第１バッテリーＢ１の陽極および接地ＧＮＤに接続される。さらに詳しくは、第２変圧器ＴＳの１次巻線の一端は電荷充電装置Ｃｄｕｍｐの陽極に接続され、１次巻線の他端は再分配スイッチＣＳＷの他端に接続され、２次巻線の一端は第２半導体スイッチング素子ＤＳに接続され、２次巻線の他端は接地ＧＮＤに接続される。

このような第２変圧器ＴＳは、フライバック形態で構成されたが、フライバック形態およびフォワード形態のいずれか一つで構成できる。この際、第２変圧器ＴＳは、過充電されたバッテリーの数が増加すると、過充電されたバッテリーから放電されるエネルギーが増加するため、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎより大きい容量を有する。また、第２変圧器ＴＳの１次巻線と２次巻線はＮ２：Ｎ３の巻線比を有し、Ｎ３はＮ２より大きい値を持つ。

Ｎ個の放電スイッチＳＷ１〜ＳＷｎそれぞれは、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の他端とＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの陰極との間に接続され、電圧検出および駆動信号生成部２０から供給される第１駆動信号によって動作する。

このようなＮ個の放電スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、電圧検出および駆動信号生成部２０からハイ状態の第１駆動信号が供給されるときにオンされ、Ｎ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち過充電されたバッテリーから放電されるエネルギー（電荷）が第１変圧器の１次巻線に誘起されるように閉ループを形成し、電圧検出および駆動信号生成部２０からロー状態の第１駆動信号が供給されるときにオフされ、第１変圧器の１次巻線に供給されたエネルギーが２次巻線に伝達されるように開ループを形成する。

ここで、Ｎ個の放電スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）から構成されたが、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ（ＢｉｐｏｌａｒＪｕｎｃｔｉｏｎＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、リレーなどのスイッチ素子のいずれか一つから構成できる。

Ｎ個の第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎそれぞれは、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の一端、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐの陽極、および第２変圧器ＴＳの１次巻線の一端に接続され、第１変圧器の１次巻線がオンされるときに２次巻線をオフにし、１次巻線がオフされるときに２次巻線をオンにする役割を果たす。

言い換えれば、Ｎ個の第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎそれぞれは、第１変圧器の１次巻線に過充電されたバッテリーから放電されたエネルギーが蓄えられるとき、２次巻線からのエネルギーが電荷充電装置Ｃｄｕｍｐに供給されるように動作する。

このようなＮ個の第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎは、ダイオードから構成されたが、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレーおよびダイオードのいずれか一つから構成できる。

再分配スイッチＣＳＷは、第２変圧器の１次巻線の他端と電荷充電装置Ｃｄｕｍｐの陰極との間に接続され、電圧検出および駆動信号生成部２０から供給される第２駆動信号によって動作する。

このような再分配スイッチＣＳＷは、電圧検出および駆動信号生成部２０からハイ状態の第２駆動信号が供給されるときにオンされ、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐに充電されたエネルギーが第２変圧器ＴＳの１次巻線に誘起されるように閉ループを形成し、電圧検出および駆動信号生成部２０からロー状態の第２駆動信号が供給されるときにオフされ、第２変圧器の１次巻線に供給されたエネルギーが第２変圧器の２次巻線に伝達されるように開ループを形成する。

ここで、再分配スイッチＣＳＷは、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴから構成されたが、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレーなどのスイッチ素子のいずれか一つから構成できる。

第２半導体スイッチング素子ＤＳは、第２変圧器ＴＳの２次巻線の一端と、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち第１バッテリーＢ１の陽極との間に接続され、第２変圧器ＴＳの１次巻線にエネルギーが蓄えられるとき、２次巻線から供給されるエネルギーが直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜ＢＮに再分配されるように動作する。

このような第２半導体スイッチング素子ＤＳは、ダイオードから構成されたが、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレーおよびダイオードのいずれか一つから構成できる。

電圧検出および駆動信号生成部２０は、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの電圧を検出するとともに、検出された電圧を第１基準電圧と比較し、検出された電圧が第１基準電圧より大きい場合、第１基準電圧より大きい電圧が充電、すなわち過充電されたバッテリーからエネルギーを放電させるための第１駆動信号を生成して放電スイッチに供給する。

これにより、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち一部のバッテリーが過充電されている場合、放電スイッチは過充電されたバッテリーのエネルギーが第１変圧器の１次巻線に供給されるように閉ループを形成する。

また、電圧検出および駆動信号生成部２０は、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐに充電される電圧を検出し、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐに充電された電圧が第２基準電圧と同一であるとき、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐに蓄えられたエネルギーを第２変圧器ＴＳの１次巻線に供給するための第２駆動信号を生成して再分配スイッチＣＳＷに供給する。

この際、電圧検出および駆動信号生成部２０は、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐに電圧がひっきりなしに充電されることを防止し、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐが自己放電によって電力を消費する前に電荷充電装置Ｃｄｕｍｐの電圧が第２変圧器ＴＳの１次巻線に供給されるよう、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐの電圧が第２基準電圧となる瞬間に再分配スイッチＣＳＷがオンされるように第２駆動信号を生成して再分配スイッチＣＳＷに供給する。

また、電圧検出および駆動信号生成部２０は、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの少なくとも一つが第１基準電圧より非常に低い電圧に過放電されている場合、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐに蓄えられた電荷が過放電バッテリーに供給されるように第２駆動信号を生成して再分配スイッチＣＳＷに供給する。

このような電圧検出および駆動信号生成部２０は、センシング部２２、マイクロプロセッサ２４、およびスイッチ駆動回路部２６を含む。

センシング部２２は、それぞれのバッテリーＢ１〜Ｂｎに接続され、バッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの電圧を検出する。

マイクロプロセッサ２４は、センシング部２２によって検出されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの平均電圧を基準電圧として設定し、基準電圧とセンシング部２２によって検出された電圧との差が一定の値以上である場合にバッテリーを充／放電させるための充電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎおよび再分配スイッチＣＳＷのオン／オフ時間を設定する。

スイッチ駆動回路部２６は、マイクロプロセッサ２４から入力される信号に応じて、第１駆動信号および第２駆動信号を生成して充電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎおよび再分配スイッチＣＳＷにそれぞれ供給する。

このような本発明の一実施例に係る電荷均等化装置は、変圧器を２段に構成することにより、第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線に直列に接続された第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎの電圧ストレスを減らすことができる。

言い換えれば、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐに充填された電圧だけの電圧ストレスが第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎに加えられるため、第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎは直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎから供給される電圧だけ電圧ストレスが減少する。

これにより、第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎの耐電圧が低くなり、高効率および低価格の電荷均等化装置を製作することができる。

また、変圧器を２段に構成して第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎの巻線比を減らすことにより、２次巻線の製作を容易にすることができる。

次に、このような本発明の一実施例に係る電荷均等化装置を用いてバッテリー電圧を均等にする方法について説明する。

まず、電圧検出および駆動信号生成部２０は、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの電圧を検出する。

この際、電圧検出および駆動信号生成部２０は、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち一部のバッテリーから所定の第１基準電圧より大きい電圧が検出されると、過充電されたバッテリーのエネルギーを放電させるために、過充電されたバッテリーに並列接続された放電スイッチを駆動させるための第１駆動信号を生成して放電スイッチに供給する。

例えば、Ｎ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち第１バッテリーＢ１が過充電されていると仮定する場合、電圧検出および駆動信号生成部２０は、ハイ状態の第１駆動信号を第１放電スイッチＳＷ１に供給する。

これにより、第１放電スイッチＳＷ１がオンされ、第１バッテリーＢ１、第１変圧器Ｔ１の１次巻線および第１放電スイッチＳＷ１に繋がる閉ループが形成される。よって、第１バッテリーＢ１に充電された電荷が放電され、第１変圧器Ｔ１の１次巻線に磁気エネルギーに変換されて蓄えられる。

その後、電圧検出および駆動信号生成部２０は、ロー状態の第１駆動信号を第１放電スイッチＳＷ１に供給して第１放電スイッチＳＷ１をオフにする。

これにより、逆起電力が発生し、１次巻線に蓄えられたエネルギーは２次巻線に伝達されて電荷に変換され、第１半導体スイッチング素子Ｄ１を介して電荷充電装置Ｃｄｕｍｐに供給される。この際、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐは第１半導体スイッチング素子Ｄ１を介して供給された電荷を充電する。

電荷充電装置Ｃｄｕｍｐに電荷が充電されると、電圧検出および駆動信号生成部２０は、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐの電圧を検出した後、検出された電圧が第２基準電圧になると、再分配スイッチＣＳＷを駆動させるためのハイ状態の第２駆動信号を生成して再分配スイッチＣＳＷに供給する。

これにより、再分配スイッチＣＳＷがオンされ、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐ、第２変圧器
ＴＳの１次巻線および再分配スイッチＣＳＷに繋がる閉ループが形成される。よって、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐに蓄えられた電荷が第２変圧器ＴＳの１次巻線に磁気エネルギーに変換されて蓄えられる。

その後、電圧検出および駆動信号生成部２０は、ロー状態の第２駆動信号を再分配スイッチＣＳＷに供給して再分配スイッチＣＳＷをオフにする。よって、逆起電力が発生し、第２変圧器ＴＳの１次巻線に蓄えられた磁気エネルギーは２次巻線に伝達されて電荷に変換され、第２半導体スイッチング素子ＤＳを介して、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎに再分配されることにより、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎを再充電する。

このような駆動は、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの電圧が均等になるまで連続的に繰り返される。

図４は本発明の他の実施例に係る電荷均等化装置を示す図である。

図４を参照すると、本発明の他の実施例に係る電荷均等化装置は、直列接続されたバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち過充電されたバッテリーの電圧を低めるためのＮ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎと、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎから供給されるエネルギーを蓄える電荷充電装置Ｂａｔと、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎから供給されるエネルギーをＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎに再分配する第２変圧器ＴＳと、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線にそれぞれ直列に接続されたＮ個の放電スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線にそれぞれ直列に接続されたＮ個の第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎと、第２変圧器ＴＳの１次巻線に直列接続された再分配スイッチＣＳＷと、第２変圧器ＴＳの２次巻線に直列接続された第２半導体スイッチング素子ＤＳと、Ｎ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの電圧を検出し、Ｎ個の放電スイッチＳＷ１〜ＳＷｎおよび再分配スイッチＣＳＷの駆動を制御する電圧検出および駆動信号生成部３０とを含む。

また、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎそれぞれの２次巻線の一端には第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎがそれぞれ接続され、２次巻線の他端は電荷充電装置Ｂａｔの陰極および再分配スイッチＣＳＷの一端に接続される。

このようなＮ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎは、１次巻線の極性と２次巻線の極性とが互いに反対である、すなわち１次巻線に形成されたドットの位置と２次巻線に形成されたドットの位置とが異なるフライバック形態で構成されたが、１次巻線の極性と２次巻線の極性とが同一のフォワード形態で構成されてもよい。この際、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎそれぞれの１次巻線と２次巻線の巻線比はいずれもＮ１：Ｎ２で、同一である。ここで、Ｎ２はＮ１より大きい値を持つ。

電荷充電装置Ｂａｔは、一端が第２変圧器ＴＳの１次巻線の一端および第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎの共通端に接続され、他端が再分配スイッチＣＳＷの一端およびＮ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の他端に接続される。これにより、電荷充電装置Ｂａｔは、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎのうち過充電されたバッテリーからエネルギーを回収した第１変圧器から供給されるエネルギーを充電する。このような電荷充電装置Ｂａ
ｔは自動車用バッテリーから構成されたが、キャパシタおよび自動車用バッテリーのいずれか一つから構成でき、その容量は過充電されたバッテリーの数に比例して決定される。

第２変圧器ＴＳは、過充電されたバッテリーから供給されて電荷充電装置Ｂａｔに充電されるエネルギー、すなわちＮ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎから供給されるエネルギーを直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎに再分配することにより、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎを再充電する役割を果たす。

このために、第２変圧器ＴＳの１次巻線は電荷充電装置Ｂａｔの両端に接続され、２次巻線は第１バッテリーＢ１の陽極および接地ＧＮＤに共通に接続される。さらに詳しくは、第２変圧器ＴＳの１次巻線の一端は電荷充電装置Ｂａｔの陽極に接続され、１次巻線の他端は再分配スイッチＣＳＷの他端に接続され、２次巻線の一端は第２半導体スイッチング素子ＤＳに接続され、２次巻線の他端は接地ＧＮＤに接続される。

このような第２変圧器ＴＳはフライバック形態で構成されたが、フライバック形態およびフォワード形態のいずれか一つで構成できる。また、第２変圧器ＴＳは、過充電されたバッテリーの数が増加すると、過充電されたバッテリーから放電される電圧が増加するため、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎより大きい容量を持つ。この際、第２変圧器ＴＳの１次巻線と２次巻線はＮ２：Ｎ３の巻線比を有し、Ｎ３はＮ２より大きい値を持つ。

Ｎ個の放電スイッチＳＷ１〜ＳＷのそれぞれはＮ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の他端とＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの陰極との間に接続され、電圧検出および駆動信号生成部３０から供給される第１駆動信号によって動作する。

このような放電スイッチは、電圧検出および駆動信号生成部３０からハイ状態の第１駆動信号が供給されるときにオンされ、Ｎ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち過充電されたバッテリーからの放電エネルギー（電荷）が第１変圧器の１次巻線に誘起されるように閉ループを形成し、電圧検出および駆動信号生成部３０からロー状態の第１駆動信号が供給されるまでオフされ、第１変圧器の１次巻線に供給されたエネルギーが２次巻線に伝達されるように開ループを形成する。

ここで、Ｎ個の放電スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴから構成されたが、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレーなどのスイッチ素子のいずれかから構成できる。

Ｎ個の第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜ＤｎそれぞれはＮ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の一端、電荷充電装置Ｃｄｕｍｐの陽極、及び第２変圧器ＴＳの１次巻線の一端に接続され、第１変圧器の１次巻線がオンされるように２次巻線をオフにし、１次巻線がオフされるときに２次巻線をオンにする役割を果たす。

言い換えれば、Ｎ個の第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎそれぞれは、第１変圧器の１次巻線に過充電されたバッテリーから放電されたエネルギーが蓄えられるとき、２次巻線から供給されるエネルギーが電荷充電装置Ｂａｔに供給されるように動作する。

このようなＮ個の第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎは、ダイオードから構成されたが、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレー、ダイオードなどのスイッチ素子のいずれか一つから構成できる。

再分配スイッチＣＳＷは、第２変圧器の１次巻線の他端と電荷充電装置Ｂａｔの陰極との間に接続され、電圧検出および駆動信号生成部３０から供給される第２駆動信号によって動作する。

このような再分配スイッチＣＳＷは、電圧検出および駆動信号生成部３０からハイ状態の第２駆動信号が供給されるときにオンされ、電荷充電装置Ｂａｔに充電されたエネルギーが第２変圧器ＴＳの１次巻線に誘起されるように閉ループを形成し、電圧検出及び駆動信号生成部３０からロー状態の第２駆動信号が供給されるときにオフされ、第２変圧器の１次巻線に供給されたエネルギーが２次巻線に伝達されるように開ループを形成する。

このような第２半導体スイッチング素子ＤＳは、ダイオードから構成されたが、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレー、ダイオードなどのスイッチ素子のいずれか一つから構成できる。

電圧検出および駆動信号生成部３０は、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの電圧を検出するとともに、検出された電圧を第１基準電圧と比較し、検出された電圧が第１基準電圧より大きい場合、第１基準電圧を大きい電圧が充電、すなわち過充電されたバッテリーからエネルギーを放電させるための第１駆動信号を生成して放電スイッチに供給する。

これにより、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち一部のバッテリーが過充電されている場合、放電スイッチは過充電されたバッテリーのエネルギーが前記１変圧器の１次巻線に供給されるように閉ループを形成する。

また、電圧検出および駆動信号生成部３０は、電荷充電装置Ｂａｔに充電される電圧を検出し、電荷充電装置Ｂａｔに充電された電圧が第２基準電圧まで上昇する或いは上昇するおそれがある場合、電荷充電装置Ｂａｔに蓄えられたエネルギーを第２変圧器ＴＳの１次巻線に供給するための第２駆動信号を生成して再分配スイッチＣＳＷに供給する。

この際、電圧検出および駆動信号生成部３０は、電荷充電装置Ｂａｔの電圧を一定に維持させるために、電荷充電装置Ｂａｔの電圧が第２基準電圧まで上昇するまたは上昇するおそれがあるため、電荷充電装置Ｂａｔに充電された電圧が第２変圧器ＴＳの１次巻線に供給されるように再分配スイッチＣＳＷをオンするための第２駆動信号を生成して再分配スイッチＣＳＷに供給する。

また、電圧検出および駆動信号生成部３０は、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの少なくとも一つが第１基準電圧より非常に低い電圧に過放電されている場合、電荷充電装置Ｂａｔに蓄えられた電荷が過放電バッテリーに供給されるように第２駆動信号を生成して再分配スイッチＣＳＷに供給する。

このような電圧検出および駆動信号生成部３０は、図３に示すように、センシング部２２、マイクロプロセッサ２４およびスイッチ駆動回路部２６を含む。

このような本発明の実施例に係る電荷均等化装置は、変圧器を２段に構成することにおり、第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線に直列に接続された第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎの電圧ストレスを減らすことができる。

言い換えれば、電荷充電装置Ｂａｔの容量と同じ電圧ストレスが第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎに加えられるため、第１半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎは直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎから供給される電圧だけ電圧ストレスが減少する。

次に、このような本発明の他の実施例に係る電荷均等化装置を用いてバッテリーの電圧を均等にする方法について説明する。

まず、電圧検出および駆動信号生成部３０は、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの電圧を検出する。

この際、電圧検出および駆動信号生成部３０は、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち一部のバッテリーから所定の第１基準電圧より大きい電圧が検出されると、過充電されたバッテリーの電圧を放電させるために、過充電されたバッテリーと並列に接続された放電スイッチを駆動させるための第１駆動信号を生成して放電スイッチに供給する。

例えば、Ｎ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち第１バッテリーＢ１が過充電されていると仮定する場合、電圧検出および駆動信号生成部３０は、ハイ状態の第１駆動信号を第１放電スイッチＳＷ１に供給する。

これにより、第１放電スイッチＳＷ１がオンされ、第１バッテリーＢ１、第２変圧器Ｔ１の１次巻線、および第１放電スイッチＳＷ１に繋がる閉ループが形成される。よって、第１バッテリーＢ１に充電された電荷が放電され、第１変圧器Ｔ１の１次巻線に磁気エネルギーに変換されて蓄えられる。

その後、電圧検出および駆動信号生成部３０は、ロー状態の第１駆動信号を第１放電スイッチＳＷ１に供給して第１放電スイッチＳＷ１をオフにする。

これにより、逆起電力が発生し、１次巻線に蓄えられたエネルギーは２次巻線に伝達されて電荷に変換され、第１半導体スイッチング素子Ｄ１を介して電荷充電装置Ｂａｔに供
給される。この際、電荷充電装置Ｂａｔは第１半導体スイッチング素子Ｄ１を介して供給された電荷を充電する。

電荷充電装置Ｂａｔの電圧が第２基準電圧まで上昇する或いは上昇するおそれがある場合、電圧検出および駆動信号生成部３０は、再分配スイッチＣＳＷを駆動させるためのハイ状態の第２駆動信号を生成して再分配スイッチＣＳＷに供給する。

これにより、再分配スイッチＣＳＷがオンされ、電荷充電装置Ｂａｔ、第２変圧器ＴＳの１次巻線および再分配スイッチＣＳＷに繋がる閉ループが形成される。よって、電荷充電装置Ｂａｔに蓄えられた電荷が第２変圧器ＴＳの１次巻線に磁気エネルギーに変換されて蓄えられる。

その後、電圧検出および駆動信号生成部３０は、ロー状態の第２駆動信号を再分配スイッチＣＳＷに供給して再分配スイッチＣＳＷをオフにする。よって、逆起電力が発生し、第２変圧器ＴＳの１次巻線に蓄えられた磁気エネルギーは２次巻線に伝達されて電荷に変換され、第２半導体スイッチング素子ＤＳを介して直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎに再分配されることにより、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎを再充電する。

図５は本発明の別の実施例に係る電荷均等化装置を示す図である。

図５を参照すると、本発明の別の実施例に係る電荷均等化装置は、直列接続されたバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち過充電されたバッテリーの電圧を低めるためのＮ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎと、Ｎ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎから供給されるエネルギーを蓄える電荷充電装置Ｂａｔと、Ｎ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線にそれぞれ直列に接続されたＮ個の放電スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと、Ｎ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線にそれぞれ直列に接続されたＮ個の半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎと、Ｎ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの電圧を検出し、Ｎ個の放電スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの駆動を制御する電圧検出および駆動信号生成部４０とを含む。

Ｎ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎは、Ｎ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち過充電されたバッテリーの電圧を低めるために、Ｎ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの両端に１次巻線が接続される。すなわち、Ｎ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎそれぞれの１次巻線の一端はバッテリーの陽極に接続され、１次巻線の他端は放電スイッチの一端に接続され、放電スイッチの他端はバッテリーの陰極に接続される。

また、Ｎ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎそれぞれの２次巻線の一端には半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎがそれぞれ接続され、２次巻線の他端は電荷充電装置Ｂａｔの陰極と共通に接続される。

このようなＮ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎは、フライバック形態で構成されたが、フライバック形態およびフォワード形態のいずれか一つで構成できる。この際、Ｎ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎそれぞれの１次巻線と２次巻線の巻線比はいずれもＮ１：Ｎ２で、同一である。ここで、Ｎ２はＮ１より大きい値を持つ。

電荷充電装置Ｂａｔは、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎのうち過充電されたバッテリーからエネルギーを回収した変圧器から供給されるエネルギーを充電する。このような電荷充
電装置Ｂａｔは、陽極が半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎの共通端に接続され、陰極は変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の他端に接続される。

ここで、電荷充電装置Ｂａｔは、自動車用バッテリーから構成されたが、キャパシタおよび自動車用バッテリーのいずれか一つから構成でき、過充電されたバッテリーから放電される電荷を収容する程度に大きい容量を持つ。

Ｎ個の放電スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのそれぞれは、Ｎ個の第１変圧器Ｔ１〜Ｔｎの１次巻線の他端とＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの陰極との間に接続され、電圧検出および駆動信号生成部４０から供給される駆動信号によって動作する。

このような放電スイッチは、電圧検出および駆動信号生成部４０からハイ状態の第１駆動信号が供給されるときにオンされ、Ｎ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち過充電されたバッテリーからの放電エネルギー（電荷）が変圧器の１次巻線に誘起されるように閉ループを形成し、電圧検出および駆動信号生成部４０からロー状態の第１駆動信号が供給されるまでオフされ、変圧器の１次巻線に供給されたエネルギーが２次巻線に伝達されるように開ループを形成する。

ここで、Ｎ個の放電スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴから構成されたが、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレーなどのスイッチ素子のいずれか一つから構成できる。

Ｎ個の半導体スイッチング素子Ｄ１〜ＤｎそれぞれはＮ個の変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の一端と電荷充電装置Ｂａｔの陽極との間に接続され、変圧器の１次巻線がオンされるときに２次巻線をオフにし、１次巻線がオフされるときに２次巻線をオンにする役割を果たす。

言い換えれば、Ｎ個の半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎそれぞれは、変圧器の１次巻線に過充電されたバッテリーから放電されたエネルギーが蓄えられるとき、２次巻線からのエネルギーが電荷充電装置Ｂａｔに供給されるように動作する。

このようなＮ個の半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎは、ダイオードから構成されたが、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、リレー、ダイオードなどのスイッチ素子のいずれか一つから構成できる。

電圧検出および駆動信号生成部４０は、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの電圧を検出するとともに、検出された電圧を基準電圧と比較し、検出された電圧が基準電圧より大きい場合、基準電圧を大きい電圧が充電、すなわち過充電されたバッテリーからエネルギーを放電させるための駆動信号を生成して放電スイッチに供給する。この際、基準電圧は直列接続されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの平均電圧または最も低い電圧を用いることができる。

これにより、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち一部のバッテリーが過充電されている場合、放電スイッチは過充電されたバッテリーのエネルギーが変圧器の１次巻線に供給されるように閉ループを形成する。

このような電圧検出および駆動信号生成部４０は、図３に示すように、センシング部２２、マイクロプロセッサ２４およびスイッチ駆動回路部２６を含む。

センシング部２２は、それぞれのバッテリーＢ１〜Ｂｎに接続され、バッテリーＢ１〜
Ｂｎそれぞれの電圧を検出する。

マイクロプロセッサ２４は、センシング部２２によって検出されたバッテリーＢ１〜Ｂｎの平均電圧を基準電圧として設定し、基準電圧とセンシング部２２によって検出された電圧との差が一定の値以上である場合にバッテリーを充／放電させるための充電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのオン／オフ時間を設定する。

スイッチ駆動回路部２６は、マイクロプロセッサ２４から入力される信号に応じて、駆動信号を生成して充電制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎに供給する。

このような本発明の別の実施例に係る電荷均等化装置は、基準電圧より大きい電圧が充電された、すなわち過充電されたバッテリーから電荷充電装置Ｂａｔを介してエネルギーを放電させることにより、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの電圧を均等にすることができる。

また、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の他端が電荷充電装置Ｂａｔの陰極に共通に接続されており、半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎの電圧ストレスを減らすことができる。

これにより、半導体スイッチング素子Ｄ１〜Ｄｎの耐電圧が低くなり、高効率および低価格の電荷均等化装置を製作することができる。

また、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの２次巻線の他端に電荷充電装置Ｂａｔを接続して電荷均等化装置を構成することにより、２次巻線の巻線比を従来の電荷均等化装置より小さくすることができるため、２次巻線の製作を容易にすることができる。

次に、本発明の別の実施例に係る電荷均等化装置を用いてバッテリーの電圧を均等にする方法について説明する。

まず、電圧検出および駆動信号生成部４０は、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎそれぞれの電圧を検出する。

この際、電圧検出および駆動信号生成部４０は、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎから基準電圧より大きい電圧が検出されると、過充電されたバッテリーからエネルギーを放電させるために、過充電されたバッテリーに並列に接続された放電スイッチを駆動させるための駆動信号を生成して放電スイッチに供給する。

例えば、Ｎ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎのうち第１バッテリーＢ１の電圧が最も低いと仮定する場合、電圧検出および駆動信号生成部４０は、第１放電スイッチＳＷ１以外のスイッチＳＷ２〜ＳＷｎにハイ状態の駆動信号を供給して第１放電スイッチＳＷ１以外のスイッチＳＷ２〜ＳＷｎをオンにする。

これにより、第１バッテリーＢ１以外のバッテリーＢ２〜Ｂｎに充電された電荷が放電され、第１変圧器Ｔ１以外の変圧器Ｔ２〜Ｔｎの１次巻線に磁気エネルギーに変換されて蓄えられる。

その後、電圧検出および駆動信号生成部４０は、ロー状態の駆動信号を放電スイッチＳＷ２〜ＳＷｎに供給することにより、放電スイッチＳＷ２〜ＳＷｎをオフにする。

これにより、逆起電力が発生し、変圧器Ｔ２〜Ｔｎの１次巻線に蓄えられたエネルギーは２次巻線に伝達されて電荷に変換され、半導体スイッチング素子Ｄ２〜Ｄｎを介して電
荷充電装置Ｂａｔに供給される。この際、電荷充電装置Ｂａｔは半導体スイッチング素子Ｄ２〜Ｄｎを介して供給された電荷を充電する。

このような過程は、直列接続されたＮ個のバッテリーＢ１〜Ｂｎの電圧が均等になるまで連続的に繰り返される。

従来の技術に係る電荷均等化装置を示す図である。本発明の一実施例に係る電荷均等化装置を示す図である。図２に示した電圧検出および駆動信号生成部を示す図である。本発明の他の実施例に係る電荷均等化装置を示す図である。本発明の別の実施例に係る電荷均等化装置を示す図である。

符号の説明

１０、２０、３０、４０：電圧検出および駆動信号生成部
２０：センシング部
２４：マイクロプロセッサ
２６：スイッチ駆動回路部

Claims

直列接続されたＮ個のバッテリーにそれぞれ並列接続され、Ｎ個のバッテリーのうち過充電されたバッテリーの電圧を低めるＮ個の第１変圧器と、
前記第１変圧器から供給されるエネルギーを蓄える電荷充電装置と、
前記電荷充電装置に蓄えられたエネルギーを前記直列接続されたＮ個のバッテリーに再分配する第２変圧器と、
前記直列接続されたＮ個のバッテリーそれぞれの電圧を検出するとともに、過充電されたバッテリーからエネルギーを放電させるための第１駆動信号、および前記電荷充電装置に蓄えられたエネルギーを前記第２変圧器に供給するための第２駆動信号を生成する電圧検出および駆動信号生成部と、
前記第２変圧器の１次巻線の他端と前記電荷充電装置の陰極との間に接続され、前記第２駆動信号によって駆動される再分配スイッチと、
前記第２変圧器の２次巻線の一端と前記直列接続されたＮ個のバッテリーのうち第１バッテリーの陽極との間に接続された第２半導体スイッチング素子と
を含むことを特徴とする、電荷均等化装置。
前記Ｎ個の第１変圧器の１次巻線にそれぞれ直列に接続され、前記第１駆動信号によって駆動されるＮ個の放電スイッチと、
前記Ｎ個の第１変圧器の２次巻線の一端と前記電荷充電装置の陽極との間にそれぞれ接続されたＮ個の第１半導体スイッチング素子とをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の電荷均等化装置。
前記第１変圧器の１次巻線と２次巻線との巻線比はＮ１：Ｎ２であり、Ｎ２はＮ１より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の電荷均等化装置。
前記第２変圧器の１次巻線と２次巻線との巻線比はＮ２：Ｎ３であり、Ｎ３はＮ２より大きいことを特徴とする、請求項３に記載の電荷均等化装置。
前記第２変圧器は、前記第１変圧器より容量が大きいことを特徴とする、請求項４に記載の電荷均等化装置。
前記Ｎ個の第１変圧器の２次巻線の他端は、前記電荷充電装置の陰極に共通に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電荷均等化装置。
前記第１変圧器および前記第２変圧器は、前記１次巻線に形成されたドットの位置と、前記２次巻線に形成されたドットの位置とが互いに異なることを特徴とする、請求項１に記載の電荷均等化装置。
前記第１変圧器および前記第２変圧器は、前記１次巻線に形成されたドットの位置と、前記２次巻線に形成されたドットの位置とが互いに同一であることを特徴とする、請求項１に記載の電荷均等化装置。
前記電荷充電装置の容量は、前記過充電されたバッテリーの数に比例することを特徴とする、請求項１に記載の電荷均等化装置。
前記電荷充電装置は、キャパシタであることを特徴とする、請求項９に記載の電荷均等化装置。
前記電荷充電装置は、自動車用バッテリーであることを特徴とする、請求項９に記載の電荷均等化装置。
前記第１半導体スイッチング素子および前記第２半導体スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＢＪＴ（ＢｉｐｏｌａｒＪｕｎｃｔｉｏｎＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、リレーおよびダイオードのいずれか一つであることを特徴とする、請求項２に記載の電荷均等化装置。
前記第１半導体スイッチング素子および前記第２半導体スイッチング素子は、ダイオードであることを特徴とする、請求項１２に記載の電荷均等化装置。
前記放電スイッチおよび前記再分配スイッチは、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴおよびリレーのいずれか一つであることを特徴とする、請求項２に記載の電荷均等化装置。
前記放電スイッチおよび前記再分配スイッチは、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする、請求項１４に記載の電荷均等化装置。
前記電圧検出および駆動信号生成部は、
Ｎ個のバッテリー電圧を検出するセンシング部と、
前記センシング部で検出された電圧に応じて、充電制御スイッチおよび前記再分配スイッチのオン／オフ時間を設定するマイクロプロセッサと、
前記マイクロプロセッサから入力される信号に応じて、前記充電制御スイッチおよび再分配スイッチを駆動させるための第１駆動信号および第２駆動信号を生成するスイッチ駆動回路部とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の電荷均等化装置。
（ａ）直列接続されたＮ個のバッテリーそれぞれの電圧を検出する段階と、
（ｂ）前記検出された電圧を第１基準電圧と比較し、前記第１基準電圧より大きい電圧に過充電されたバッテリーからエネルギーを放電させ、前記過充電されたバッテリーからのエネルギーを電荷充電装置に蓄える段階と、
（ｃ）前記電荷充電装置の電圧を検出し、前記検出された電圧と第２基準電圧とを比較した後、前記検出された電圧と前記第２基準電圧とが同一の場合、前記検出された電圧を前記直列接続されたＮ個のバッテリーに再分配し、前記直列接続されたＮ個のバッテリーに前記過充電されたバッテリーから回収されたエネルギーを再充電する段階とを含むことを特徴とする、電荷均等化方法。
前記（ｂ）段階は、過充電されたバッテリーからエネルギーを放電させてキャパシタに蓄える段階を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の電荷均等化方法。
前記（ｂ）段階は、過充電されたバッテリーからエネルギーを放電させて自動車用バッテリーに蓄える段階を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の電荷均等化方法。