特許 6332924 セルバランシング回路およびこれを用いたセルバランシング方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6332924

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】セルバランシング回路およびこれを用いたセルバランシング方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20180521BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20180521BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/02 H

   H01M10/44 P

【請求項の数】10

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-168841(P2013-168841)

(22)【出願日】2013年8月15日

(65)【公開番号】特開2014-54168(P2014-54168A)

(43)【公開日】2014年3月20日

【審査請求日】2016年7月21日

(31)【優先権主張番号】61/697,686

(32)【優先日】2012年9月6日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】13/758,383

(32)【優先日】2013年2月4日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】590002817

【氏名又は名称】三星エスディアイ株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＳＤＩ Ｃｏ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(72)【発明者】

【氏名】金 泰珍

【審査官】 高橋 優斗

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１２−５１６６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１３５８６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０４４８０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｌ１／００−３／１２，

Ｂ６０Ｌ７／００−１３／００，

Ｂ６０Ｌ１５／００−１５／４２，

Ｈ０１Ｍ１０／４２−１０／４８，

Ｈ０２Ｊ７／００−７／１２，

Ｈ０２Ｊ７／３４−７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直列に連結された複数のバッテリセルと、
前記複数のバッテリセルの全体電圧が印加され、前記複数のバッテリセルのうち、基準値より低い電圧を有する１つのバッテリセルに第１充電電圧を出力する絶縁電源部と、
前記各バッテリセルの（＋）、（−）端子にそれぞれ連結された１対のスイッチと、
前記バッテリセル全体に対応する１つの（＋）端子（Ｂ＋）および１つの（−）端子（Ｂ−）と、
前記絶縁電源部から出力される前記第１充電電圧が印加され、前記第１充電電圧を所定の第２充電電圧に変換して出力する充電器と、を含み、
前記絶縁電源部は、前記１つの（＋）端子（Ｂ＋）および前記１つの（−）端子（Ｂ−）に連結される入力端と、前記１対のスイッチに連結される出力端とを具備し、
前記１つの（−）端子（Ｂ−）に電気的に接続される第１接地電源（ＧＮＤ１）と、
前記第１接地電源とは異なり、前記絶縁電源部の出力端に電気的に接続される第２接地電源とをさらに含み、
前記各バッテリセルに接続される１対のスイッチは、互いに独立にターンオンされ、前記ターンオンされた１対のスイッチを介して、前記充電器から出力される前記第２充電電圧が前記各バッテリセルに印加され、
前記第１充電電圧は、前記第２充電電圧より大きく、
前記充電器は、前記絶縁電源部に前記全体電圧を提供する前記複数のバッテリセルそれぞれの両端に接続されていることを特徴とするセルバランシング回路。

【請求項2】

前記各バッテリセルに接続される１対のスイッチは、各バッテリセルごとに分離されて構成されることを特徴とする請求項１に記載のセルバランシング回路。

【請求項3】

前記バッテリセル全体に対応する（＋）、（−）端子のうちの１つと、前記絶縁電源部の入力端との間に制御スイッチがさらに具備されることを特徴とする請求項１又は２に記載のセルバランシング回路。

【請求項4】

前記絶縁電源部は、コイル方式の変圧器を含み、前記変圧器の巻線比を調整し、入力された全体電圧を前記第１充電電圧に変換することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセルバランシング回路。

【請求項5】

前記基準値より低い電圧を有するバッテリセルを判断し、前記判断されたバッテリセルの（＋）、（−）端子に連結された１対のスイッチのターンオンおよびそれ以外のスイッチのターンオフ動作を制御する制御部が含まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセルバランシング回路。

【請求項6】

前記制御部は、前記各バッテリセルの電圧を測定し、前記測定された電圧と予め設定された前記基準値とを比較することを特徴とする請求項５に記載のセルバランシング回路。

【請求項7】

前記制御部は、前記１対のスイッチを構成する２個のスイッチを同時にターンオン／オフ制御することを特徴とする請求項５又は６に記載のセルバランシング回路。

【請求項8】

前記制御部は、前記１対のスイッチをそれぞれ独立に制御することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のセルバランシング回路。

【請求項9】

前記制御部は、前記絶縁電源部にイネーブル信号を提供し、前記絶縁電源部は、前記イネーブル信号が印加される期間にのみ前記第１充電電圧を出力することを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載のセルバランシング回路。

【請求項10】

前記絶縁電源部は、少なくとも１つのバッテリセルが前記基準値に対応する電圧に充電されるまで、前記第１充電電圧を出力することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のセルバランシング回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アクティブ方式のセルバランシング回路およびこれを用いたセルバランシング方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

充放電が可能な二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は、携帯電話（ｃｅｌｌｕｌａｒ ｐｈｏｎｅ）、ノートパソコンなどの携帯用電子機器の開発により研究が盛んになっている。特に、このような二次電池は、ニッケル−カドミウム電池（ｎｉｋｅｌ−ｃａｄｉｍｉｕｍ ｂａｔｔｅｒｙ）、鉛蓄電池、ニッケル−水素電池（ＮｉＭＨ：ｎｉｃｋｅｌ ｍｅｔａｌ ｈｙｄｒｉｄｅ ｂａｔｔｅｒｙ）、リチウム−イオン電池（ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ）、リチウムポリマー電池（ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｏｌｙｍｅｒ ｂａｔｔｅｒｙ）、金属リチウム電池、空気亜鉛蓄電池など、多様な種類が開発されている。このような二次電池は、一般的に、回路と接続されてバッテリパックを構成し、バッテリパックの外部端子を介して充電と放電が行われる。

【0003】

バッテリパックは、大別して、バッテリセルと、充放電回路を含む周辺回路とを含んでなり、この周辺回路は、一般的に、印刷回路基板として製作された後、前記バッテリセルと結合される。バッテリパックの外部端子を介して外部電源が連結されると、外部端子および充放電回路を介して供給される外部電源によってバッテリセルが充電され、外部端子を介して負荷（ｌｏａｄ）が連結されると、バッテリセルの電力が充放電回路および外部端子を介して負荷に供給される動作が生じる。この時、充放電回路は、外部端子とバッテリセルとの間でバッテリセルの充放電を制御する。一般的に、バッテリセルは、負荷の消耗容量に合わせて複数のバッテリセルを直列に連結して用いる。

【0004】

前記バッテリパックをなすそれぞれの前記バッテリセルは、製造工程上の様々な理由によって容量偏差が存在する。したがって、バッテリパックは、充放電サイクル中に各バッテリセルの充放電電圧に偏差が発生する。これにより、バッテリパックは、充電中に特定のバッテリセルが過充電されることがあり、また、放電中に特定のバッテリセルが過放電されることがある。このように、バッテリパック中において、特定のバッテリセルの過充電や過放電は、バッテリパックの容量を減少させるだけでなく、バッテリパックを劣化（ｄｅｇｒａｄｅ）させ、寿命を短縮させる。したがって、一般的に、バッテリモニタリングユニットは、直列連結された複数のバッテリセルの電圧差を最小化するためのバランシング回路を有する。

【0005】

すなわち、バッテリモニタリングユニットは、各バッテリセルの電圧をセンシングし、各バッテリセルの電圧差が基準値以上に差がある場合、電圧が相対的に高いバッテリセルを強制放電させ、すべてのバッテリセルの電圧が等しくなるようにするセルバランシングを行う。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、このような従来のパッシブ（ｐａｓｓｉｖｅ）方式のセルバランシングは、前記強制放電時に抵抗で一定の電力を消耗するため、バッテリ容量を１００％使用できずに熱として消費されるという欠点があった。

【0007】

本発明は、直列に連結された複数のバッテリセルの全体電圧が印加される絶縁（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）電源部が具備され、前記絶縁電源部を介して、基準値より低い電圧を有するバッテリセルに充電電圧を印加することにより、バッテリ容量を１００％使用可能なセルバランシング回路およびセルバランシング方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、本発明にかかるセルバランシング回路は、直列に連結された複数のバッテリセルと、前記バッテリセルの全体電圧が印加され、前記バッテリセルのうち、基準値より低い電圧を有する１つのバッテリセルに第１充電電圧を出力する絶縁電源部とが含まれる。

【0009】

また、前記各バッテリセルの（＋）、（−）端子にそれぞれ連結された１対のスイッチが含まれ、前記各バッテリセルに接続される１対のスイッチは互いに独立にターンオンされ、前記ターンオンされた１対のスイッチを介して、前記絶縁電源部の第１充電電圧が前記バッテリセルに印加される。

【0010】

さらに、前記各バッテリセルに接続される１対のスイッチは、バッテリセルごとに分離されて構成される。

【0011】

また、前記バッテリセル全体に対応する１つの（＋）端子（Ｂ＋）および１つの（−）端子（Ｂ−）が具備され、前記絶縁電源部は、前記１つの（＋）端子および（−）端子に連結される入力端と、前記１対のスイッチに連結される出力端とを含む。

【0012】

さらに、前記バッテリセル全体に対応する（＋）、（−）端子のうちの１つと、前記絶縁電源部の入力端との間に制御スイッチがさらに具備される。

【0013】

また、前記絶縁電源部の出力端と前記１対のスイッチとの間に電気的に連結される充電器がさらに具備され、前記充電器は、前記絶縁電源部から第１充電電圧が印加され、これを第２充電電圧に変換する。

【0014】

また、前記第１充電電圧は、第２充電電圧より大きい。

【0015】

さらに、前記バッテリセル全体に対応する（−）端子（Ｂ−）に電気的に接続される第１接地電源（ＧＮＤ１）と、前記第１接地電源とは異なり、前記絶縁電源部の出力端に電気的に接続される第２接地電源とが含まれる。

【0016】

また、前記絶縁電源部は、コイル方式の変圧器を含み、前記変圧器の巻線比を調整し、入力された全体電圧を第１充電電圧に変換する。

【0017】

さらに、前記基準値より低い電圧を有するバッテリセルを判断し、前記判断されたバッテリセルの（＋）、（−）端子に連結された１対のスイッチのターンオンおよびそれ以外のスイッチのターンオフ動作を制御する制御部が含まれる。

【0018】

また、前記制御部は、前記各バッテリセルの電圧を測定し、前記測定された電圧と予め設定された前記基準値とを比較する。

【0019】

さらに、前記制御部は、前記１対のスイッチを構成する２個のスイッチを同時にターンオン／オフ制御する。

【0020】

また、前記制御部は、前記１対のスイッチをそれぞれ独立に制御する。

【0021】

さらに、前記制御部は、前記絶縁電源部にイネーブル信号を提供し、前記絶縁電源部は、前記イネーブル信号が印加される期間にのみ第１充電電圧を出力する。

【0022】

なお、前記絶縁電源部は、少なくとも１つのバッテリセルが前記基準値に対応する電圧に充電されるまで、第１充電電圧を出力する。

【0023】

また、本発明の他のセルバランシング回路は、バッテリパックに具備された複数のバッテリセルの（＋）、（−）端子にそれぞれ連結され、前記各バッテリセルに接続され、互いに独立にターンオンされる１対のスイッチと、前記バッテリセルの全体電圧が印加され、前記バッテリセルのうち、基準値より低い電圧を有する１つのバッテリセルに、前記ターンオンされた１対のスイッチを介して第１充電電圧を出力する絶縁電源部とが含まれる。

【0024】

さらに、前記基準値より低い電圧を有するバッテリセルを判断し、前記判断されたバッテリセルの（＋）、（−）端子に連結された１対のスイッチのターンオンおよびそれ以外のスイッチのターンオフ動作を制御する制御部が含まれる。

【0025】

また、本発明にかかるセルバランシング方法は、直列に連結された複数のバッテリセルの全体電圧を受信するステップと、前記受信した全体電圧を第１充電電圧に変換するステップと、前記バッテリセルのうち、基準値より低い電圧を有する１つのバッテリセルに前記第１充電電圧を提供するステップとを含む。

【0026】

さらに、各バッテリセルの電圧を測定するステップと、前記測定された各バッテリセルの電圧を予め設定された基準値と比較するステップと、前記比較に基づき、充電が必要なバッテリセルを決定するステップとを含む。

【0027】

なお、前記各バッテリセルの電圧を測定することは、前記各バッテリセルに接続され、互いに独立にターンオンされる１対のスイッチが順次にターンオンされる期間に行われる。

【発明の効果】

【0028】

このような本発明によれば、直列に連結された複数のバッテリセルの全体電圧が印加される絶縁（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）電源部が具備され、前記絶縁電源部を介して、基準値より低い電圧を有するバッテリセルに充電電圧を印加することにより、セルバランシングを複数のバッテリセルの全体電圧を用いて実現し、強制放電による熱消費がないため、バッテリ容量を１００％使用できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の実施形態にかかるセルバランシング回路を示す回路図である。

【図2】図１に示された絶縁電源部の一実施形態を示す回路図である。

【図3】本発明の実施形態にかかるセルバランシング方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、添付した図面を参照して、前記欠点を克服できる本発明の実施形態をより詳細に説明する。

【0031】

図１は、本発明の実施形態にかかるセルバランシング回路を示す回路図であり、図２は、図１に示された絶縁電源部の一実施形態を示す回路図である。

【0032】

図１を参照すれば、本発明の実施形態にかかるセルバランシング回路１００は、直列に連結された複数のバッテリセルＢ１、Ｂ２、Ｂ３と、前記各バッテリセルの（＋）、（−）端子にそれぞれ連結された１対のスイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２、ＳＷ２−１、ＳＷ２−２、ＳＷ３−１、ＳＷ３−２とを含む。

【0033】

また、前記セルバランシング回路１００は、前記バッテリセルの全体電圧が入力端Ａを介して印加され、出力端Ｂが前記１対のスイッチに連結された絶縁電源部（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ）１１０と、前記１対のスイッチのターンオン／オフおよび前記絶縁電源部１１０の動作を制御する制御部（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１２０とを含む。

【0034】

ただし、図１に示された実施形態では、３個の直列に連結されたバッテリセルＢ１、Ｂ２、Ｂ３と、前記バッテリセルにそれぞれ接続される３対のスイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２、ＳＷ２−１、ＳＷ２−２、ＳＷ３−１、ＳＷ３−２が示されているが、前記バッテリセルの数字などが必ずしもこのような形態に限定されるものではない。

【0035】

本発明の実施形態の場合、前記各バッテリセルに連結されるスイッチは一対で実現されるもので、図１に示された実施形態を参照すれば、第１バッテリセルＢ１の（＋）端子には第１−１スイッチＳＷ１−１が連結され、第１バッテリセルＢ１の（−）端子には第１−２スイッチＳＷ１−２が連結される。

【0036】

これと同様に、第２バッテリセルＢ２の（＋）端子には第２−１スイッチＳＷ２−１が連結され、第２バッテリセルＢ２の（−）端子には第２−２スイッチＳＷ２−２が連結され、第３バッテリセルＢ３の（＋）端子には第３−１スイッチＳＷ３−１が連結され、第３バッテリセルＢ３の（−）端子には第３−２スイッチＳＷ３−２が連結される。

【0037】

この時、前記スイッチは、リレー（Ｒｅｌａｙ）、フォトＭＯＳリレー（Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳ Ｒｅｌａｙ）、フォトカプラ（Ｐｈｏｔｏ ｃｏｕｐｌｅｒ）などで実現可能である。

【0038】

また、前記第１ないし第３バッテリセルＢ１〜Ｂ３は直列に連結されているため、図１を参照すれば、第１バッテリセルＢ１と第２バッテリセルＢ２とが接続された部分に連結された第１−２スイッチＳＷ１−２と第２−１スイッチＳＷ２−１とは、互いに同一のノードに接続される。

【0039】

これと同様に、前記第２バッテリセルＢ２と第３バッテリセルＢ３とが接続された部分に連結された第２−２スイッチＳＷ２−２と第３−１スイッチＳＷ３−１とも、互いに同一のノードに接続される。

【0040】

本発明の実施形態の場合、前記各バッテリセルに接続される１対のスイッチは互いに独立に動作するため、前記同一のノードに接続されても、対応するバッテリセルごとに分離されて具備されなければならない。

【0041】

すなわち、第１バッテリセルＢ１に対応する１対のスイッチである第１−１スイッチＳＷ１−１と第１−２スイッチＳＷ１−２は同時にターンオン／オフ制御されるものであって、前記スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２がターンオンされることにより、第１バッテリセルＢ１の電圧値をセンシングするか、または前記絶縁電源部の出力端に連結され、前記第１バッテリセルＢ１に充電電圧を提供する役割を果たすことができる。

【0042】

また、第２バッテリセルＢ２に対応するスイッチである第２−１スイッチＳＷ２−１と第２−２スイッチＳＷ２−２、および第３バッテリセルＢ３に対応するスイッチである第３−１スイッチＳＷ３−１と第３−２スイッチＳＷ３−２により、前記スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２と同じ動作を行う。

【0043】

この実施形態の場合、前記制御部１２０が前記スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２；ＳＷ２−１、ＳＷ２−２；ＳＷ３−１、ＳＷ３−２をそれぞれ個別的に制御することにより、前記１対のスイッチに対応する各バッテリセルＢ１、Ｂ２、Ｂ３の電圧を測定し、前記測定された電圧値に基づき、基準値より低い電圧を有するバッテリセルがある場合、前記バッテリセルに充電電圧が印加されるように、前記バッテリセルに連結された１対のスイッチがターンオンされ、前記絶縁電源部１１０に連結される。

【0044】

前記基準値は、前記制御部１２０または別のメモリ（図示せず）に格納可能であり、これは、バッテリ容量、バッテリの類型（ｔｙｐｅ）、バッテリの個数、バッテリセルに電源を提供する外部デバイス（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｄｅｖｉｃｅ）の類型などのような因子（ｆａｃｔｏｒｓ）に基づいて修正（ｍｏｄｉｆｉｅｄ）できる。

【0045】

ここで、各バッテリセルの電圧を測定することは、電圧測定期間の間、前記各バッテリセルに連結された１対のスイッチが順次にターンオンされることにより実現できる。

【0046】

また、前記制御部１２０は、各バッテリセルの電圧を受信して予め設定された基準値と比較し、特定のバッテリセルの電圧が基準値より低い場合、前記制御部１２０は、前記電圧測定期間の間、バッテリセルに充電電圧を印加するセルバランシング動作を行う。あるいは、前記制御部１２０は、各バッテリセルの電圧を測定し、測定された電圧と前記予め設定された基準値とを比較してセルバランシング動作を行うこともできる。

【0047】

一例として、第１バッテリセルＢ１の電圧が基準値より低い場合には、前記第１−１スイッチＳＷ１−１および第１−２スイッチＳＷ１−２がターンオンされ、前記第１バッテリセルＢ１の（＋）、（−）端子が絶縁電源部１１０の出力端（図１のＢ）に連結され、これにより、前記第１バッテリセルは、前記絶縁電源部１１０から出力される充電電圧（第１充電電圧）が印加される。

【0048】

ただし、前記第１バッテリセルＢ１に対する充電バランシング動作が行われる間には、残りのバッテリセルＢ２、Ｂ３に前記充電電圧が伝達されないように、第２、第３バッテリセルに連結されたスイッチはすべてターンオフされる。

【0049】

このような本発明の実施形態にかかるセルバランシング動作は、前記直列に連結されたバッテリセルの全体電圧が印加される絶縁（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）電源部１１０が具備され、前記絶縁電源部１１０を介して、基準値より低い電圧を有するバッテリセルに充電電圧を印加することにより、前記セルバランシングを複数のバッテリセルの全体（ｔｏｔａｌ）電圧（または累積（ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ）電圧）を用いて実現し、強制放電による熱消費がないため、バッテリ容量を１００％使用できるようになるのである。

【0050】

この時、前記セルバランシング動作は、前記制御部１２０からのイネーブル信号Ｅｎａｂｌｅが前記絶縁電源部１１０に印加されることにより実行できる。すなわち、セルバランシング動作が行われる時にのみ前記絶縁電源部１１０が動作されることにより、消費電力を最小化することができる。

【0051】

また、図１に示されるように、バッテリセル全体の（＋）端子Ｂ＋と前記絶縁電源部の入力端（図１のＡ）側の（＋）端子との間に制御スイッチＣＳが追加的にさらに具備され得、前記セルバランシング動作が行われない場合には、前記制御スイッチＣＳをターンオフさせ、前記バッテリセルと絶縁電源部１１０との連結を切ることができ、これにより、消費電力をさらに低減することができる。

【0052】

このような本発明の実施形態にかかるセルバランシングは、バッテリセルの全体電圧を用いて低い電圧を有するバッテリセルを充電させることを特徴とする。

【0053】

すなわち、前記絶縁電源部１１０は、前記低い電圧を有するバッテリセルが基準値に対応する電圧に充電されるまで、または少なくとも他のバッテリセルのうちの１つの電圧と実質的に等しくなるまで、充電電圧（ｃｈａｒｇｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ）（第１充電電圧）を出力する。この時、前記制御部１２０は、前記絶縁電源部１１０が充電電圧を出力する期間の間、絶縁電源部１１０を制御する。

【0054】

図２に示された本発明の実施形態にかかる絶縁電源部１１０は、入力端Ａに前記バッテリセルの全体電圧が印加され、内部に具備された誘導起電力を用いたコイル方式の変圧器１１２の巻線比を調整するか、または電源制御部（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１１４を介してスイッチングタイムを制御することにより、前記入力された全体電圧を所定の電圧に変換し、前記変換された所定の電圧を、前記出力端Ｂに連結された当該バッテリセルに提供する。

【0055】

ここで、前記電源制御部１１４は、複数のスイッチ（一例として、フルブリッジ（ｆｕｌｌ ｂｒｉｄｇｅ）タイプのスイッチ）を含み、前記入力端Ａに印加されるバッテリセルの全体電圧をＡＣ電圧に変換し、これを変圧器１１２に提供する役割を果たすことができる。

【0056】

この時、入力端Ａおよび出力端Ｂにそれぞれ形成されたキャパシタ１１６は、安定化キャパシタの役割を果たし、出力端Ｂに具備されたダイオード１１８は、出力端からの逆電流を防止する役割を果たす。

【0057】

また、本発明の実施形態の場合、前記絶縁電源部１１０と前記１対のスイッチとの間に別の充電器（ｃｈａｒｇｅｒ）１３０を追加的に具備することができる。

【0058】

前記充電器１３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータで実現できるものであって、前記絶縁電源部１１０から出力された電圧（第１充電電圧）が入力（Ｖｉｎ）され、これを充電が必要なバッテリセルに適した電圧（第２充電電圧）に変換して出力（Ｖｏｕｔ）する役割を果たす。

【0059】

一例として、前記バッテリセルの全体電圧が３０Ｖであれば、前記絶縁電源部１１０は、前記３０Ｖが入力され、５Ｖを出力することができ、前記絶縁電源部１１０から出力される電圧（第１充電電圧）は、前記充電器の入力電圧Ｖｉｎとして印加される。ただし、前記絶縁電源部１１０の出力電圧（第１充電電圧）は、前記充電器の仕様に応じて異なり得る。

【0060】

また、特定のバッテリセルを充電する時に用いられる前記充電器（Ｃｈａｒｇｅｒ）１３０の出力電圧Ｖｏｕｔ（第２充電電圧）は、一例として４．２Ｖで用いることができ、これは、バランシング動作方法によっては、前記４．２Ｖより低電圧でも可能である。例えば、バランシング動作が３．５Ｖを基準値としてバッテリセルの電圧値を比較する場合であれば、前記充電電圧としての充電器の出力電圧は３．５Ｖに設定することができる。この時、前記充電器の出力電圧（第２充電電圧）が常に固定されたレベルで出力されるものではない。

【0061】

ただし、前記絶縁電源部１１０の出力電圧（第１充電電圧）は、前記充電器（Ｃｈａｒｇｅｒ）１３０の出力電圧（第２充電電圧）より大きい。

【0062】

また、前記絶縁電源部１１０は、前記バッテリセルから全体電圧が印加されるが、分離された電源として特定のバッテリセルに充電電圧を提供する役割を果たすために、前記バッテリセルとは異なる接地電源を用いなければならない。

【0063】

そこで、前記バッテリセル全体の（−）端子Ｂ−に接続される第１接地電源ＧＮＤ１と、前記絶縁電源部の出力端側の（−）端子に接続される第２接地電源ＧＮＤ２とは、互いに物理的に分離されて互いに結線されない構造である。

【0064】

このように、互いに異なる接地電源を用いることは、バランシング動作時にバッテリセルが短絡（ｓｈｏｒｔ）する状況を防止するためである。

【0065】

一例として、前記第１接地電源ＧＮＤ１および第２接地電源ＧＮＤ２が同一の結線で連結された同一の接地電源として用いられると、第１バッテリセルＢ１のバランシング動作時に、前記第１バッテリセルＢ１の（−）端子に印加される接地電源ＧＮＤ２と同一のノードに接続された第２バッテリセルの（＋）端子と、第３バッテリセルＢ３の（−）端子に印加される接地電源ＧＮＤ１が同一で互いに短絡し、バッテリセルが爆発し得る危険性がある。

【0066】

図３は、本発明の実施形態にかかるセルバランシング方法を示すフローチャートである。

【0067】

以下、図１および図３を参照して、本発明の実施形態にかかるセルバランシング方法を説明する。

【0068】

まず、直列に連結された複数のバッテリセルＢ１、Ｂ２、Ｂ３の（＋）、（−）端子にそれぞれ連結された１対のスイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２、ＳＷ２−１、ＳＷ２−２、ＳＷ３−１、ＳＷ３−２が順次にターンオンされ、各バッテリセルの電圧値をセンシングする（ＳＴ３００）。

【0069】

この時、前記各バッテリセルに接続される１対のスイッチは互いに独立に動作するものであって、前記第１バッテリセルＢ１に対応するスイッチである第１−１スイッチＳＷ１−１と第１−２スイッチＳＷ１−２は同時にターンオン／オフ制御され、前記１対のスイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２がターンオンされることにより、第１バッテリセルＢ１の電圧値をセンシングすることができる。

【0070】

また、第２バッテリセルＢ２に対応するスイッチである第２−１スイッチＳＷ２−１と第２−２スイッチＳＷ２−２、および第３バッテリセルＢ３に対応するスイッチである第３−１スイッチＳＷ３−１と第３−２スイッチＳＷ３−２により、前記と同じ動作を行う。

【0071】

すなわち、前記制御部１２０が、電圧測定期間の間、前記１対のスイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２；ＳＷ２−１、ＳＷ２−２；ＳＷ３−１、ＳＷ３−２をそれぞれ順次にターンオンさせることにより、前記１対のスイッチに対応する各バッテリセルＢ１、Ｂ２、Ｂ３の電圧を測定できるのである。

【0072】

次に、前記測定された各バッテリセルの電圧は前記制御部に伝達されて予め設定された基準値と比較され、特定のバッテリセルの電圧が基準値より低い場合には、前記バッテリセルに充電電圧が印加されるセルバランシング動作が行われる（ＳＴ３１０）。

【0073】

一例として、第１バッテリセルＢ１の電圧が基準値より低い場合には、前記第１−１スイッチＳＷ１−１および第１−２スイッチＳＷ１−２がターンオンされ、前記第１バッテリセルＢ１の（＋）、（−）端子が絶縁電源部の出力端に連結され、これにより、前記第１バッテリセルは、前記絶縁電源部から出力される充電電圧が印加される。

【0074】

ただし、前記第１バッテリセルＢ１に対する充電バランシング動作が行われる間には、残りのバッテリセルＢ２、Ｂ３に前記充電電圧が伝達されないように、第２、第３バッテリセルに連結されたスイッチはすべてターンオフされる。

【0075】

前記セルバランシング動作は、バッテリセルの全体電圧を用いて低い電圧を有するバッテリセルを充電させて実現される（ＳＴ３２０）。

【0076】

すなわち、直列に連結されたバッテリセルの全体電圧が印加される絶縁（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）電源部１１０が、前記基準値より低い電圧を有するバッテリセルに充電電圧を印加して実現されるのである。

【0077】

この時、前記セルバランシング動作は、前記制御部１２０からのイネーブル信号が前記絶縁電源部１１０に印加されることにより実行できる。すなわち、セルバランシング動作が行われる時にのみ前記絶縁電源部１１０が動作されることにより、消費電力を最小化することができる。

【0078】

このような本発明の実施形態は、直列に連結された複数のバッテリセルの全体電圧が印加される絶縁（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）電源部が具備され、前記絶縁電源部を介して、基準値より低い電圧を有するバッテリセルに充電電圧を印加することにより、セルバランシングを複数のバッテリセルの全体電圧を用いて実現し、強制放電による熱消費がないため、バッテリ容量を１００％使用できるようになる。

【0079】

本発明の技術思想は、上記の好ましい実施形態によって具体的に記述されたが、上記の実施形態はそれを説明するためのものであって、それを制限するためのものではないことに注意しなければならない。また、本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術思想の範囲内で多様な変形例が可能であることを理解することができる。

【0080】

上述した発明に対する権利範囲は、以下の特許請求の範囲で定められるものであって、明細書本文の記載にこだわらず、請求の範囲の均等範囲に属する変形および変更はすべて本発明の範囲に属する。

【符号の説明】

【0081】

１００：セルバランシング回路
１１０：絶縁電源部
１２０：制御部
１３０：充電器

【図1】

【図2】

【図3】