KR20120068053A - 이차전지 충방전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지 충방전 장치에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명에 의한 이차전지 충방전기는 이차전지, 제1 및 제2 컨버터 회로, 제1 및 제2 제어부를 포함한다. 출력단에는 이차전지가 연결된다. 제1 컨버터 회로는 제1 펄스전압 생성부와 제1 인덕터를 구비한다. 제1 펄스전압 생성부는 듀티비에 의하여 펄스 전압을 출력하고, 제1 인덕터는 시간에 대한상기 출력된 펄스전압의 적분치에 비례하는 전류를 상기 이차전지의 양극단에 출력한다. 제2 컨버터 회로는 제2 펄스전압 생성부와 제2 인덕터를 구비한다. 제2 펄스전압 생성부는 듀티비에 의하여 펄스 전압을 출력하고, 제2 인덕터는 시간에 대한상기 출력된 펄스전압의 적분치에 비례하는 전류를 상기 이차전지의 음극단에 출력한다. 제1 제어부는 상기 제1 펄스전압 생성부의 듀티비를 제어한다. 또한 제2 제어부는 상기 제2 펄스전압 생성부의 듀티비를 제어한다.
본 발명에 따르면 대용량 배터리의 탈착 및 이동으로 인한 테스트 시간 지연 및 파손으로 인한 문제을 줄일 수 있고, 단일 장비에서 과방전 테스트를 포함한 이차전지의 충방전 실험을 완료할 수 있으므로 데이터의 신뢰성도 확보 할 수 있다.

Description

이차전지 충방전 장치{charger and discharer for secondary battery}
본 발명은 이차전지 충방전 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 단일 장치 내에서 전지 충방전 실험이 가능하도록 전압 범위가 확대된 양방향 DC/DC 컨터버타입의 이차전지 충방전 장치에 대한 것이다.
일반적인 양방향 전력 변환기 회로에서 벅(Buck) 모드에서는 높은 전압을 낮은 전압으로 변환을 하고, 부스트(Boost) 모드에서는 역기전력을 이용하여 낮은 전압을 높은 전압으로 변환을 한다. 이때 하나 이상의 MOSFET 등을 이용한 펄스 폭 변조(이하 'PWM') 방식으로 조절하는 것이 효율적이다. 출력되는 전압의 값은 PWM 듀티비에 의하여 결정된다.
한편, 배터리의 충방전기의 시스템중에서 장 수명을 테스트하는 장비를 사이클러라 한다. 사이클러는 실제 사용과 유사한 급격한 충방전 전환조건 등의 환경에서 배터리를 몇 일 내지 수 개월의 장시간 동안 테스트하게 된다. 그 결과로서 해당 배터리의 응답성 및 내구성을 평가하게 된다.
기존의 충방전기에서 과방전 테스트에서는 최대 0V에 근접하는 전압 범위까지 테스트를 수행을 하기 위해서 음전압 발생을 위한 상용전원을 추가하여야 한다. 그러나 회로 부품의 기준전압 등으로 인하여 실질적으로는 정확한 0V 의 전압 준위를 구현하기가 쉽지 않다. 특히 양??향 스위칭 타입의 경우 부스트 모드에서는 낮은 전압일수록 부스팅(Boosting) 하기가 어렵기 때문에 입력 전압 범위가 가장 문제된다.
이러한 이유로 현재 까지는 일반적인 수명 평가용 충방전기에서는 별도의 장치 또는 가상 실험을 통하여 과방전 안전성 테스트를 수행 해 왔다
본 발명의 과제는 배터리의 수명 및 품질을 평가하는 장비에서 과방전 테스트를 수행하여배터리의 안전성을 검사할 수 있는 양방향 DC/DC 컨버터를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 과제는 일반적인 스위칭 타입 양방향 DC/DC 컨버터의 부스트(Boost) 모드 시에 부가적인 입력 전원을 추가하지 않고도 입력 전압 범위를 최대 음전압 범위까지 확대하여 적용할 수 있는 양방향 DC/DC 컨버터를 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 이차전지 충방전기는 이차전지, 제1 및 제2 컨버터 회로, 제1 및 제2 제어부를 포함한다.
출력단에는 이차전지가 연결된다.
제1 컨버터 회로는 제1 펄스전압 생성부와 제1 인덕터를 구비한다. 제1 펄스전압 생성부는 듀티비에 의하여 펄스 전압을 출력하고, 제1 인덕터는 시간에 대한상기 출력된 펄스전압의 적분치에 비례하는 전류를 상기 이차전지의 양극단에 출력한다.
제2 컨버터 회로는 제2 펄스전압 생성부와 제2 인덕터를 구비한다. 제2 펄스전압 생성부는 듀티비에 의하여 펄스 전압을 출력하고, 제2 인덕터는 시간에 대한상기 출력된 펄스전압의 적분치에 비례하는 전류를 상기 이차전지의 음극단에 출력한다.
제1 제어부는 상기 제1 펄스전압 생성부의 듀티비를 제어한다. 또한 제2 제어부는 상기 제2 펄스전압 생성부의 듀티비를 제어한다.
또한 충전모드 시에 상기 제1 제어부는 듀티비가 0.5보다 큰 값을 갖도록 상기 제1 펄스전압 생성부를 제어하고, 상기 제2 제어부는 상기 제2 펄스전압 생성부를 오프 상태가 되도록 제어할 수 있다.
또한 충전모드 시에 상기 제1 제어부는 듀티비가 0.5 보다 큰 값을 갖도록 제어하고, 상기 제2 제어부는 상기 제2 펄스전압 생성부의 듀티비를 0이 되도록 제어할 수 있다.
또한 방전 모드 시에 상기 제1 제어부는 듀티비가 0.5 보다 작은 값을 갖도록 상기 제1 펄스전압 생성부를 제어하고, 상기 제2 제어부는 상기 제2 펄스전압 생성부를 오프 상태가 되도록 제어할 수 있다. 나아가 상기 이차전지 양단의 전압이 제1 컨버터 회로 단독에 의한 최저 출력 전압에 도달하는 경우 상기 제1 제어부는 제1 펄스전압 생성부의 듀티비를 0이 되도록 제어하고, 상기 제2 제어부는 상기 제2 펄스전압 생성부의 듀티비를 0.5가 넘도록 제어할 수 있다.
또한 방전 모드시에 상기 제1 제어부는 듀티비가 0.5 보다 작은 값을 갖도록 상기 제1 펄스전압 생성부를 제어하고, 상기 제2 제어부는 상기 제2 펄스전압 생성부를 듀티비가 0이 되도록 제어할 수 있다. 나아가 상기 이차전지 양단의 전압이 제1 컨버터 회로 단독에 의한 최저 출력 전압에 도달하는 경우 상기 제1 제어부는 제1 펄스전압 생성부의 듀티비를 0이 되도록 제어하고, 상기 제2 제어부는 상기 제2 펄스전압 생성부의 듀티비를 0.5가 넘도록 제어할 수 있다.
또한 상기 제1 및 제2 펄스전압 생성부는 각각 상기 제1 및 제2 제어부에 의한 듀티비에 따라 고전압 및 저전압을 주기적으로 출력하는 한 쌍의 MOSFET을 포함할 수 있다. 나아가 상기 MOSFET은 N-채널 증가형일 수 있다.
또한 제1 및 제2 저역통과 필터부를 포함할 수 있다. 제1 저역통과 상기 제1 인덕터와 상기 이차전지의 양극단 사이에 구비된다. 또한 제2 저역통과 필터부는 상기 제2 인덕터와 상기 이차전지의 음극단 사이에 구비된다. 나아가 상기 제1 및 제2 저역통과 필터부는 1차 저역통과필터(LPF)일 수 있다.
본 발명에 따르면 방전 모드시에 입력 전압 범위를 최대 음전압 범위에서도 정전류를 유지하면서 전압을 상승할 수 있는 전력 변환기로서 동작할 수 있게 되어 회로의 설계범위를 확대 할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 별도의 평가 장비 없이 단일 모듈로 배터리의 수명평가와 안전성 평가까지 수행 가능하다.
결과적으로 대용량 배터리의 탈착 및 이동으로 인한 테스트 시간 지연 및 파손으로 인한 문제을 줄일 수 있고, 단일 장비에서 과방전 테스트를 포함한 이차전지 충방전 실험을 완료할 수 있으므로 데이터의 신뢰성도 확보 할 수 있다.
도 1은 비교예에 의한 양방향 DC/DC 컨버터를 이용한 이차전지 충방전기를 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1에 의한 이차전지 충방전기의 등가회로를 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 1에 의한 이차전지 충방전기의 출력단 전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 의한 이차전지 충방전기를 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 충방전기에 구비된 이차전지의 양단에 걸리는 출력전압 특성 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 실시예에 따른 충방전기에 구비된 이차전지 양단의 전압을 실제 측정한 그래프이다.
이하 첨부한 도면을 참고 하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 아래에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 비교예에 의한 양방향 DC/DC 컨버터 타입의 이차전지 충방전 장치를 설명한다. 도 1은 비교예에 의한 이차전지 충방전 장치를 나타내는 회로도이며, 도 2는 도 1의 이차전지 충방전 장치를 간략화하여 나타낸 회로도이다.
본 비교예는 입력전압(V1)과 컨버터 회로(10) 및 출력전압(V2)으로 구성된다. 출력전압(V2)이 출력되는 출력단에는 이차전지가 연결되어 충방전을 진행하게 된다. 이하에서는 출력전압(V2)를 상황에 따라 출력단 또는 이차전지의 용어를 사용하여 설명한다.
한편, 컨버터 회로(10)는 벅 모드 및 부스트 모드로 동작한다. 벅 모드에서는 역기전력을 이용하여 입력전압(V1)을 스텝 다운하여 이차전지(V2)를 충전하는 작업을 진행하고, 부스트 모드에서는 입력전압(V1)을 스텝 업하여 이차전지(V2)를 방전시키는 작업을 진행한다. 이에 관하여 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이 컨버터 회로는 제어부(110), 펄스전압 생성부(120), 인덕터(L1) 및 저역통과 필터부(130)로 나누어 볼 수 있다. 이하에서 컨버터 회로는 단일 제어부(110)에 의하여 작동하는 펄스전압 생성부, 인덕터 및 저역통과 필터부를 통칭하는 의미로 사용한다.
펄스 전압 생성부(120)는 제어부(110)의 제어에 의하여 PWM 방식으로 전력을 변환하여 출력하는 기능을 하는 회로이다. PWM 방식은 한 주기 내에서 고레벨 신호(On)와 저 레벨 신호(Off)를 규칙적으로 스위칭하도록 제어한다. 이 때 한 주기에 대한 고레벨 신호의 시간 비, 즉 듀티비(duty ratio)를 조절하여 출력되는 평균전압 또는 전류량을 제어하게 된다. 흔히 전원공급장치에서 이를 이용하여 출력 전압을 조절 하게 된다.
펄스전압 생성부(120)로부터 이러한 구형파 전압이 발생하여 저역통과회로부(130) 내의 인덕터(L1)에 전달된다. 한편, 인덕터(L1)의 전류 크기는 시간에 대한 전압의 적분값으로 주어진다. 따라서 인덕터(L1)의 전류는 펄스전압 생성부(120)의 전압이 고 전압 상태, 즉 온(on)상태인 경우에는 1차 함수적으로 증가하다가 펄스전압 생성부(120)의 전압이 저 전압 상태, 즉 오프(off) 상태인 경우에는 일차 함수적으로 감소하는 주기적인 삼각파 형태를 보여준다. 한편, 인덕터(L1)는 벅 모드에서 스텝 다운 변환시에 역기전력을 일으키는 기능을 하며, 또한 후술할 저역통과 회로부(130)와 함께 손실을 줄이면서 교류 성분을 제거하는 역할을 한다.
본 비교예에서 저역통과 회로부(130)는 1차 저역통과필터로 구비된다. 이 때 커패시터(C1)는 이차전지(BAT)와 병렬로 연결된다. 저역통과 회로부(130)는 출력전압으로부터 교류 성분을 제거하는 역할을 하게 된다.
도 3를 참조하여 본 비교예에 따른 이차전지 충방전기의 출력단 출력 특성을설명한다. 본 비교예에 따른 충방전기의 방전시의 이차전지 양단에 걸리는 전압을 도 3에 도시하였다.
앞서 설명한 바와 같이 양극에 상술한 펄스전압 발생부(120) 의 작용에 의하여 V1에는 듀티비에 따른 평균적인 전압이 출력되기 때문에 본 비교예와 같이 단일의 펄스전압 발생부(120)만에 의하면 이차전지가 연결되는 출력단의 전압이 무한정 낮아질 수는 없고, 일정한 전압값(V_ref)에 수렴하게 된다. 따라서 이러한 구성에서는 과방전 테스트에는 불리함이 따른다. 즉, 출력단에 연결된 이차전지에 걸리는 전압을 단일 컨버터 회로(10)에 의한 최저 출력 전압(V_ref) 이하로 떨어뜨리기 위해서는 별도의 수단을 구비하여야 한다. 이하에서는 이러한 구성을 포함한 실시예를 설명한다.
도 4를 참조하여 일 실시예에 의한 이차전지 충방전 장치를 설명한다. 도 4는 본 실시예에 의한 이차전지 충방전기를 나타내는 회로도이다.
본 발명에 의한 이차전지 충방전기는 이차전지, 제1 컨버터 회로(110, 120,130, L1) 및 제2 컨버터 회로(210, 220, 230, L2)로 구분된다.
제1 컨버터 회로(110, 120,130, L1) 및 제2 컨버터 회로(210, 220, 230, L2)의 출력단에는 이차전지가 연결된다. 이렇게 연결된 상태에서 이차전지의 충방전 작업이 진행된다.
제1 컨버터 회로는 앞서 설명한 바와 같이 제1펄스전압 생성부(120), 제1 인덕터(L1), 제1 저역통과필터(130) 및 제1 제어부(110)로 나누어 볼 수 있다.
본 실시예에서 제1 펄스전압 생성부(120)는 앞서 설명한 바와 같이 입력전압(V1)을 듀티비에 따른 평균전압으로 출력하는 기능을 한다. 제1 펄스전압 생성부(120)는 한 쌍의 MOSFET(Q1, Q2)으로 구비된다. 이 때 MOSFET(Q1, Q2)은 N-채널 증가형 MOSFET으로 구비되는 것이 바람직하다. N-채널 증가형 MOSFET은 제어부의 제어에 따라 드레인 전류를 0으로 제한할 수 있는 잇점이 있다.
제1 제어부(110)는 상술한 제1 펄스전압 생성부(120)의 듀티비를 제어하는 역할을 한다. 즉 한 주기에 대한 Q1의 신호 비율(듀티비)를 높여 본 실시예에 의한 충방전 장치를 충전모드로 기능시킬 수 있으며, 반대로 한 주기에 대한 Q1의 신호 비율을 낮추어 본 실시예에 의한 충방전 장치를 방전모드로 기능시킬 수 있다. 한편, 듀티비가 0인 경우는 Q1을 오프 시키고, Q2를 온 상태로 유지하는 것을 의미한다. 또한 제1 제어부(110)가 제1 펄스전압 생성부(120)를 오프 시킨다는 의미는 Q1 및 Q2를 모두 오프 시킨 상태로 유지하여 제1 펄스전압 생성부(120) 자체를 개방시킨다는 의미이다. 이 때 N-채널 증가형 MOSFET을 이용함으로써 실제 전류가 흐르지 않도록 제한하여 제1 펄스전압 생성부(120)을 개방시키는 것에 가까운 효과를 얻을 수 있다.
제1 인덕터(L1)는 PWM방식으로 출력되는 전압을 전달받아 적분형 전류를 출력하는 기능을 한다. 즉 인덕터는 앞서 설명한 바와 같이 시간에 따른 전압 변화량을 적분한 값에 해당하는 전류를 출력하게 된다. 결과적으로 인덕터의 전류는 급격히 변화할 수 없으며 연속적인 값을 갖게 된다. 인덕터(L1)는 이러한 전류를 이차전지(BAT)의 양극단에 출력한다.
제1 저역 통과 필터부(130)는 상술한 인덕터(L1)로부터 출력되는 전류로부터 교류성분을 제거하여 배터리(BAT)의 양극단으로 출력하는 기능을 한다. 이 때 앞서 설명한 인덕터(L1)와 함께 전력 손실을 줄이면서 교류성분을 줄일 수 있게 된다. 제1 저역 통과 필터부(130)는 직렬로 연결된 저항(R)과 병렬 연결되는 커패시커(C1)로 구성된다. 즉 제1 저역통과 필터부(130)는 전력 손실 등을 고려하여 1차 저역통과 필터로 구성하는 것이 바람직하다.
제2 컨버터 회로는 제1 컨버터 회로와 대동 소이한 구성을 갖는다. 즉 제2 컨버터 회로는 제2 제어부(210), 제2 펄스전압 생성부(220), 제2 인덕터(L2) 및 제2 저역통과필터(230)로 구성된다. 제2 컨버터 회로는 상술한 제1 컨버터 회로와 동일한 구성 및 기능을 갖게 된다. 다만 이차전지(BAT)를 기준으로 상술한 제1 컨버터 회로와 대칭적으로 구비되며, 음극단에 전류를 출력한다는 점에 차이가 있다. 또한 제2 저역통과필터(230)의 저항을 생략할 수 있다. 한편, 제2 제어부는 제1 제어부와 동일한 방식으로 Q3 및 Q4를 제어하여 듀티비에 따른 평균 전압을 출력하도록 한다.
이하 도 5를 참조하여 본 실시예에 의한 충전 모드 및 방전 모드를 설명한다. 도 5는 본 실시예에 따른 충방전기에 구비된 이차전지의 양단에 걸리는 출력전압 특성 곡선을 나타내는 그래프이다.
충전모드에 대하여 설명한다. 충전모드는 정전류 단계(T1) 및 정전압 단계(T2)로 구분될 수 있다. 정전류 단계(T1)에서는 Q1 및 Q2의 듀티비를 대략적으로 0.55 이상인 상태로 제어하여 정전류 상태를 유지하면서 이차전지를 충전하게 된다. 정전압 단계(T2)에서는 이차전지의 전압이 일정값 이상이 되는 순간 Q1 및 Q2의 듀티비를 0.5 내지 약 0.55 범위 내에서 제어하여 이차전지(BAT)의 전압을 일정하게 유지하도록 한다. 이 때 실제 충전기에서는 보호회로를 통하여 자연방전 후 복귀전압에서의 충전을 지속적으로 반복함으로써 일정 전압을 유지하게 된다.
이 때 제2 제어부(210)는 제2 펄스전압 생성부(220)를 오프 상태가 되도록 제어하거나, 제2 펄스전압 생성부(220)의 듀티비를 0이 되도록 제어할 수 있다. 제2 제어부(210)가 제2 펄스전압 생성부(220)를 오프 상태로 제어하는 경우에는 본 실시예에 의한 충방전기는 제2 컨버터 회로(210, 220, 230, L2) 부분이 개방된 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉 이 경우에는 앞서 설명한 비교예의 경우와 거의 유사하다. 한편, 제2 제어부가 제2 펄스전압 생성부(220)의 듀티비를 0이 되도록 제어하는 경우에는 Q3가 오프상태가 되고, Q4가 온 상태가 되는 것을 의미한다. 따라서 제2 인덕터(L2)에서 제2 펄스전압 생성부(220)를 바라 본 임피던스가 0에 가까운 값을 갖게 된다.
방전모드에 대하여 설명한다. 방전모드는 두 단계로 나눌 수 있다. 즉 제1 컨버터 회로(110, 120, 130, L1)의 기능에 주로 의존하여 이차전지(BAT)를 방전하는 방전 제1단계(T3)와 제2 컨버터 회로(210, 220, 230, L2)의 기능에 주로 의존하여 이차전지(BAT)를 방전하는 방전 제2단계(T4)로 구분될 수 있다.
방전 제1 단계(T3)에서는 앞서 설명한 바와 같이 제2 컨버터 회로(210, 220, 230, L2)를 오프상태로 유지하거나 듀티비를 0으로 제어한 상태에서 제1 컨버터 회로(110, 120, 130, L1)에 의하여 방전을 진행하게 된다. 즉, 제1 컨버터 회로(110, 120, 130, L1)의 듀티비를 0.5 보다 작은 값이 되도록 제어하게 된다. 이 때 방전이 진행됨에 따라 이차전지의 전압은 앞서 설명한 단일 컨버터 회로에 의한 임계 전압(V_ref)에 수렴하게 된다.
이차전지의 전압이 상술한 임계 전압(V_ref)에 충분히 가까워 졌을 때에 방전 제2 단계(T4)를 진행한다. 방전 제2 단계(T4)에서는 제1 컨버터 회로(110, 120, 130, L1)를 오프상태로 유지하거나 듀티비를 0으로 제어한 상태에서 제2 컨버터 회로(210, 220, 230, L2)에 의하여 방전을 진행하게 된다. 즉, 제2 컨버터 회로(210, 220, 230, L2)의 듀티비를 0.5 보다 작은 값이 되도록 제어하게 된다. 이 때 제2 인덕터(L2)로부터 출력되는 전류는 배터리의 음극단으로 흘러가는 형태가 된다. 즉 제2 컨버터 회로(210, 220, 230, L2)에 의하여 이차전지(BAT)의 음극 단에 높은 전위가 형성되기 때문에 이차전지(BAT)의 전자가 더 용이하게 흘러 나갈 수 있도록 기능하게 된다. 결론적으로 이차전지(BAT)의 전압은 단일 컨버터 회로에 의한 임계 전압(V_ref) 값 이하로 하락하게 되고, 최대 음전압의 범위까지 떨어질 수 있다. 이러한 방식으로 과방전 테스트를 진행할 수 있다.
도 6을 참조하여 본 실시예에 따라 구성한 회로로부터 실제로 측정된 데이터에 대하여 설명한다. 도 6은 본 실시예에 따른 충방전기에 구비된 이차전지 양단의 전압을 실제 측정한 그래프이다.
본 실시예에 따른 회로를 통한 실측 결과를 살펴보면, 방전전압을 최대 - 1.5V 까지도 저하 시킬 수 있다는 것을 확인 할 수 있었다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 이차전지 충방전 장치로 구현될 수 있다.
10: 컨버터 회로 110, 210: 제어부
120, 220: 펄스전압 생성부 130, 230: 저역통과 필터부

Claims (11)

  1. 이차전지;
    듀티비에 의하여 펄스 전압을 출력하는 제1 펄스전압 생성부와, 시간에 대한상기 출력된 펄스전압의 적분치에 비례하는 전류를 상기 이차전지의 양극단에 출력하는 제1 인덕터를 구비하는 제1 컨버터 회로;
    듀티비에 의하여 펄스 전압을 출력하는 제2 펄스전압 생성부와, 시간에 대한상기 출력된 펄스전압의 적분치에 비례하는 전류를 상기 이차전지의 음극단에 출력하는 제2 인덕터를 구비하는 제2 컨버터 회로;
    상기 제1 펄스전압 생성부의 듀티비를 제어하는 제1 제어부; 및
    상기 제2 펄스전압 생성부의 듀티비를 제어하는 제2 제어부;를 포함하는 이차전지 충방전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    충전모드시,
    상기 제1 제어부는 듀티비가 0.5보다 큰 값을 갖도록 상기 제1 펄스전압 생성부를 제어하고,
    상기 제2 제어부는 상기 제2 펄스전압 생성부를 오프 상태가 되도록 제어하는 이차전지 충방전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    충전모드시,
    상기 제1 제어부는 듀티비가 0.5 보다 큰 값을 갖도록 제어하고,
    상기 제2 제어부는 상기 제2 펄스전압 생성부의 듀티비를 0이 되도록 제어하는 이차전지 충방전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    방전 모드 시,
    상기 제1 제어부는 듀티비가 0.5 보다 작은 값을 갖도록 상기 제1 펄스전압 생성부를 제어하고,
    상기 제2 제어부는 상기 제2 펄스전압 생성부를 오프 상태가 되도록 제어하는 이차전지 충방전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이차전지 양단의 전압이 제1 컨버터 회로 단독에 의한 최저 출력 전압에 도달하는 경우 상기 제1 제어부는 제1 펄스전압 생성부의 듀티비를 0이 되도록 제어하고, 상기 제2 제어부는 상기 제2 펄스전압 생성부의 듀티비를 0.5가 넘도록 제어하는 이차전지 충방전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    방전 모드 시,
    상기 제1 제어부는 듀티비가 0.5 보다 작은 값을 갖도록 상기 제1 펄스전압 생성부를 제어하고,
    상기 제2 제어부는 상기 제2 펄스전압 생성부를 듀티비가 0이 되도록 제어하는 이차전지 충방전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이차전지 양단의 전압이 제1 컨버터 회로 단독에 의한 최저 출력 전압에 도달하는 경우 상기 제1 제어부는 제1 펄스전압 생성부의 듀티비를 0이 되도록 제어하고, 상기 제2 제어부는 상기 제2 펄스전압 생성부의 듀티비를 0.5가 넘도록 제어하는 이차전지이차전지 충방전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 펄스전압 생성부는 각각 상기 제1 및 제2 제어부에 의한 듀티비에 따라 고전압 및 저전압을 주기적으로 출력하는 한 쌍의 MOSFET을 포함하는 이차전지 충방전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 MOSFET은 N-채널 증가형인 이차전지 충방전 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인덕터와 상기 이차전지의 양극단 사이에 구비되는 제1 저역통과 필터부와,
    상기 제2 인덕터와 상기 이차전지의 음극단 사이에 구비되는 제2 저역통과 필터부를 포함하는 이차전지 충방전 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 저역통과 필터부는 1차 저역통과필터(LPF)인 이차전지 충방전 장치.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102629825A (zh) * 2012-04-26 2012-08-08 厦门理挚半导体科技有限公司 用单电感实现同步降压充电与升压供电的电路架构
CN103580253B (zh) * 2013-11-15 2016-03-23 陈燕冬 一种多功能车载电源
US9428073B2 (en) * 2014-02-21 2016-08-30 GM Global Technology Operations LLC System and method of monitoring a performance level of a battery
CN103986207A (zh) * 2014-05-09 2014-08-13 广西南宁百兰斯科技开发有限公司 一种防雷保护的充电器
US20200176998A1 (en) * 2018-12-03 2020-06-04 Omnitek Partners Llc Methods for heating and charging energy storage devices at very low temperatures

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05236650A (ja) * 1992-02-20 1993-09-10 Asahi Optical Co Ltd 電源装置
JP3238833B2 (ja) * 1994-10-07 2001-12-17 富士通株式会社 電源回路
JP3963257B2 (ja) * 2002-02-14 2007-08-22 富士通株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ、電子機器、デューティ比設定回路
JP4364554B2 (ja) * 2002-06-07 2009-11-18 株式会社ルネサステクノロジ スイッチング電源装置及びスイッチング電源システム
JP3705259B2 (ja) * 2002-10-22 2005-10-12 株式会社デンソー 電源コントローラ
US7301317B1 (en) * 2003-10-07 2007-11-27 Intersil Americas Inc. Output current sharing
JP4001120B2 (ja) 2004-02-19 2007-10-31 トヨタ自動車株式会社 電圧変換装置
TWI281305B (en) * 2005-02-03 2007-05-11 Richtek Techohnology Corp Dual input voltage converter and its control method
JP4689377B2 (ja) * 2005-07-08 2011-05-25 ローム株式会社 降圧型スイッチングレギュレータおよびその制御回路ならびにそれを用いた電子機器
JP4837408B2 (ja) * 2006-03-20 2011-12-14 富士通セミコンダクター株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ、ｄｃ−ｄｃコンバータの制御回路、及びｄｃ−ｄｃコンバータの制御方法
JP4484839B2 (ja) 2006-03-30 2010-06-16 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 電源装置の制御回路および電源装置の制御方法
KR100772658B1 (ko) 2006-04-19 2007-11-01 학교법인 포항공과대학교 능동 클램프 전류원 푸쉬풀 직류-직류 컨버터
JP4976086B2 (ja) 2006-09-14 2012-07-18 株式会社リコー 昇降圧ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP4344751B2 (ja) * 2007-01-19 2009-10-14 日立コンピュータ機器株式会社 スイッチング電源
US20090108677A1 (en) 2007-10-29 2009-04-30 Linear Technology Corporation Bidirectional power converters
JP5110579B2 (ja) 2007-11-14 2012-12-26 オリンパス株式会社 ２電源システム
JP4572979B2 (ja) * 2008-10-21 2010-11-04 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよびそれを備えた車両、ならびに電源システムの制御方法
CN101753018B (zh) * 2008-12-05 2012-11-28 广闳科技股份有限公司 高压侧驱动电路

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