JP2017505449A

JP2017505449A - 電圧検出装置、電池及び電圧検出方法

Info

Publication number: JP2017505449A
Application number: JP2016565545A
Authority: JP
Inventors: ソン，ウェイ; ソン，チャンギュ; ワン，シャンドン
Original assignee: シャオミ・インコーポレイテッド
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2017-02-16
Also published as: EP3038225A3; CN104502670A; CN104502670B; RU2015133577A; KR101715742B1; WO2016101484A1; US20160190836A1; EP3038225A2; MX2015010233A; RU2638912C2; MX352114B; BR112015018768A2; KR20160093542A

Abstract

【解決手段】本開示は、電圧検出装置、電池及び電圧検出方法に関し、前記電圧検出装置は、電圧検出モジュールと、回路配線とを備え、前記回路配線の一部分は配線抵抗であり、前記電圧検出モジュールの検出端は、測定線によって、それぞれ、前記配線抵抗の両端と接続される。本開示実施形態は、回路配線の一部分を配線抵抗とすることによって、配線抵抗の両端の電圧を検出すればよい。配線抵抗自体が回路配線の一部分であり、その抵抗値が電圧及び温度の変化に従って大きな変化を発生せず、良好な安定性を有するため、電圧の測定は比較的に正確になる。

Description

本開示は、回路技術に関し、特に電圧検出装置、電池及び電圧検出方法に関する。

電源保護回路は、電源経路における電圧を検出することによって、検出結果により電源経路を遮断するか否かを判定して、電源を保護する効果を奏する。電池内の電源保護回路を例として、関連技術には、当該電源保護回路における保護ＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ、集積回路）は、測定線をＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ−ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）の両端に接続させ、ＭＯＳＦＥＴの両端の電圧を検出することで電池電圧を取得し、これによって、電池電圧が異常である場合には、電源保護回路と電気コアとの間の電源経路を遮断する。

しかし、ＭＯＳＦＥＴ自体の特性のため、電池の充放電過程において、その抵抗値が電圧及び温度の変化に従って大きな変化を発生し、電圧の測定が不正確になって、電源経路を好適に保護する効果を奏することができない。

本開示は、電圧検出装置、電池及び電圧検出方法を提供して、関連技術における、電圧検出が不正確であり、電源経路を好適に保護する効果を奏しないという問題を解決する。

本開示実施例の第１の方面によれば、電圧検出モジュールと、回路配線とを備える電圧検出装置を提供する。

そのうち、前記回路配線の一部分は配線抵抗であり、前記電圧検出モジュールの検出端は、測定線によって、それぞれ、前記配線抵抗の両端と接続される。

選択的には、前記電圧検出モジュールは、保護用集積回路ＩＣ又は電力量計を備える。

選択的には、前記電圧検出モジュールが保護ＩＣである場合には、前記電圧検出回路は、スイッチ制御線と、金属酸化物半導体電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴと、を更に備え、前記保護ＩＣは、前記スイッチ制御線によって前記ＭＯＳＦＥＴと接続される。

前記回路配線は、一端が前記ＭＯＳＦＥＴと接続され、他端が電気コアと接続される。

選択的には、前記保護ＩＣは前記配線抵抗の両端の電圧が予め設定された電圧範囲内にないと検出した場合には、前記スイッチ制御線によって前記ＭＯＳＦＥＴとの接続をオフする。

選択的には、前記配線抵抗の長さは、以下の数式を満足する。

ただし、
前記Ｌは、前記配線抵抗の長さ、前記Ｒは、前記配線抵抗の抵抗値、前記Ｓは、前記配線抵抗の断面積、前記ρは、前記配線抵抗の抵抗率である。

選択的には、前記配線抵抗の予め設定された抵抗値は１０ミリオームである。

本開示実施例の第２の方面によれば、電池を提供し、前記電池は、電源保護回路と、電気コアとを備え、前記電源保護回路は、保護ＩＣと、スイッチ制御線によって前記保護ＩＣと接続されるＭＯＳＦＥＴと、回路配線とを備え、前記回路配線は、一端が前記ＭＯＳＦＥＴと接続され、他端が前記電気コアと接続され、前記回路配線の一部分は、配線抵抗であり、前記保護ＩＣの検出端は、測定線によって、それぞれ、前記配線抵抗の両端と接続される。

選択的には、前記配線抵抗の長さは、上記数（１）を満足する。

本開示実施例の第３の方面によれば、上述した電池に用いる電圧検出方法を提供し、前記方法は、保護ＩＣがスイッチ制御線によって配線抵抗の両端の電池電圧を検出するステップと、検出された前記電池電圧が予め設定された電圧範囲内にあるか否かを判定するステップと、前記電圧が前記電圧範囲内にない場合には、前記スイッチ制御線によってＭＯＳＦＥＴとの接続をオフするステップとを含む。

本開示実施例が提供する技術案は、以下の有益な技術的効果をもたらす。

本開示実施例が提供する電圧検出装置は、回路配線の一部分を配線抵抗とすることによって、電圧検出モジュールが配線抵抗の両端の電圧を検出すればよい。配線抵抗自体が回路配線の一部分であり、その抵抗値が電圧及び温度の変化に従って大きな変化を発生せず、良好な安定性を有するため、電圧の測定は比較的に正確になる。

本開示が提供する電圧検出装置における電圧検出モジュールは、具体的には、電池中の保護ＩＣ又は専ら電圧を検出することで電流値を取得するための電力量計であってもよいため、電圧を測定する異なる場合に用いられることができる。

本開示において、電圧検出装置における電圧検出モジュールが、具体的には、保護ＩＣである場合には、当該保護ＩＣは、スイッチ制御線によってＭＯＳＦＥＴと接続されるため、配線抵抗の両端の電圧を測定することによって、ＭＯＳＦＥＴの開閉を制御して、電源経路を好適に保護する効果を奏する。

本開示において、配線抵抗の長さを確定する場合には、配線抵抗の予め設定された抵抗値、配線抵抗の断面積、及び配線抵抗の抵抗率によって予め設定された数式で算出し、しかも、実際の応用において調整によって適切な配線抵抗の長さを取得して、電圧検出の要求を満たし、電圧検出の正確度を高める。

本開示が提供する電池及び当該電池に用いれる電圧検出方法は、電源保護回路によって回路配線における配線抵抗を測定して、正確な電圧値を取得することができ、電圧値によってＭＯＳＦＥＴの開閉を制御することができて、電気コアの充放電過程において、電気コアを好適に保護する効果を奏することができる。

上述の全般的な説明と、以下に述べる詳細な説明は具体例であって、例示のみを目的としたものであり、本開示の限定を意図するものではないと理解されるべきである。

本明細書に組み込まれその一部を構成する添付の図面は、本開示に沿った実施例を例示しており、明細書とともに本開示の原理を説明するために用いられる。

本開示の例示的な実施例に係る電圧検出装置の構造を示す模式図である。本開示の例示的な実施例に係る別の電圧検出装置の構造を示す模式図である。本開示の例示的な実施例に係る電池の構造を示す模式図である。本開示の例示的な実施例に係る電圧検出方法を示すフローチャートである。

ここで、本開示の例示的な実施例については、添付図面の例を参照して詳細に説明する。以下の説明は、添付の図面を参照しており、別段の記載がない限り、異なる図面の同じ番号は、同じまたは類似の要素を示している。例示的な実施例の以下の説明で述べる実施形態は、本開示と一致する実施形態のすべてを示すものではない。代わり、それらは、添付特許請求の範囲に記載されるような本開示に関連の態様と一致する装置および方法の単なる例にすぎない。

本開示で使用される用語は、特定の実施形例を説明する目的のみのためであり、本開示に対する限定を意図するものではない。文脈上別途明確に示さない限り、本開示及び添付特許請求の範囲で使用される、単数形「一種」、「前記」、「当該」も、複数形も同様に含むことを意図する。本明細書中で使用される用語である「及び／または」は一つまたは複数の関連する例示項目の任意のもの又は一以上の全ての組合せを含むことと更に理解されるべきである。

本明細書中において、第一、第二、第三等の用語は様々な情報を説明するために使用されるが、これらの情報は、それらの用語によって限定されるものではないと理解されるべきである。これらの用語は、単に、同じ種類の情報から区別するために使用されるにすぎない。例えば、本開示の範囲から逸脱しない場合、第一の情報は第二の情報と称されてもよく、同様に、第二の情報は第一の情報と称されてもよい。これは文脈に依存し、例えば、本開示に使用される用語である「もし」、は、「・・・時に」や、「・・・場合には」や「確定に応答する」と解釈されてもよい。

図１に示すように、図１は本開示の例示的な実施例に係る電圧検出装置の構造を示す模式図であり、当該電圧検出装置は電圧検出モジュール１１０と、回路配線１２０とを備える。

本実施例において、電圧を検出する場合には、専ら設けられた検出用抵抗或いは検出装置における設けられたＭＯＳＦＥＴなどの専用の回路デバイスを検出することが必要ではなく、回路配線１２０の一部分を配線抵抗１２１とし、電圧検出モジュール１１０の検出端１１１は測定線１１２によって、それぞれ、配線抵抗１２１の両端と接続される。従って、電圧検出モジュール１１０は配線抵抗１２１の両端の電圧を検出すればよい。配線抵抗１２１自体が回路配線１２０の一部分であり、その抵抗値が電圧及び温度の変化に従って大きな変化を発生せず、良好な安定性を有するため、電圧の測定は比較的に正確になり、検出精度が高くなる。図１中の配線抵抗１２１は太い線で表示され、実際の応用において、当該配線抵抗１２１の厚さ及び幅は回路配線１２０の他の部分の厚さ及び幅と同じである。従って、図１中の太い線で表示された配線抵抗１２１は、明らかな例示のみを目的とし、配線抵抗１２１の実際の形態を限定するために用いられない。

本実施例において、回路配線１２０の一部分を配線抵抗１２１とする場合には、配線抵抗の長さを予め確定する必要がある。配線抵抗の長さを確定する場合には、上記数（１）を利用することができる。

ただし、Ｌは、配線抵抗の長さであり、パラメータＲは、配線抵抗の抵抗値であり、当該Ｒの予め設定された抵抗値は１０ｍΩ（ミリオーム）であり、パラメータＳは、配線抵抗の断面積であり、回路配線１２０が確定された後、当該Ｓの値も確定されることができ、パラメータρは、配線抵抗の抵抗率であり、抵抗率が物質の抵抗特性を表示する物理量であるため、回路配線１２０の材質が確定される場合には、当該ρ値も確定される。上述の確定のパラメータ値により、Ｌの理論値を初めに算出でき、且つＬの理論値に基づいて、配線抵抗の実際の長さを更に調整し、調整する場合、Ｌが理論値である時には、配線抵抗の実際値が予め設定された１０ｍΩであるか否かを測定し、１０ｍΩより小さい場合には、配線抵抗の抵抗値が１０ｍΩであると測定した場合の配線抵抗の長さをＬの実際値に確定するまで、配線抵抗の長さを増加し、しかも、Ｌの実際値により、電圧検出モジュール１１０の測定線１１２を、それぞれ、配線抵抗１２１の両端を接続させる。

一つの実施形態において、電圧検出モジュール１１０は、具体的には、電池内の保護ＩＣであってもよい。当該保護ＩＣは、スイッチ制御線によってＭＯＳＦＥＴと接続され、そのうち、回路配線１２０は、一端がＭＯＳＦＥＴと接続され、他端が電気コアと接続される。保護ＩＣは配線抵抗の両端の電圧が予め設定された電圧範囲内にないと検出した場合には、スイッチ制御線によってＭＯＳＦＥＴとの接続をオフすることができ、これによって、ＭＯＳＦＥＴの開閉を制御して、電源経路を好適に保護する効果を奏することができる。

別の実施形態において、電圧検出モジュールは、具体的には、電池の電力量を測定するための電力量計であってもよい。電力量計とは、電池の積算電力量の増加或いは減少を測定するための機能デバイスであり、充電式電池の残量及び特定の動作条件下で電池がまだ持続給電を行う時間を確定するために用いられ、電池の電力量を高精度に推定することができる。本実施例において、電力量計は、配線抵抗の両端の電圧を検出することによって電圧値を直接に取得し、しかも、当該電圧値及び配線抵抗の抵抗値によって、電流値を算出して、電流の高精度の測定を実現する。

図２に示すように、図２は本開示の例示的な実施例に係る別の電圧検出装置の構造を示す模式図であり、当該電圧検出装置は、具体的には、電池に用いることができる。当該電圧検出装置は、保護ＩＣ２１０、スイッチ制御線２２０、ＭＯＳＦＥＴ２３０及び回路配線２４０を備える。

そのうち、保護ＩＣ２１０は、スイッチ制御線２２０によってＭＯＳＦＥＴ２３０と接続される。回路配線２４０は、一端がＭＯＳＦＥＴ２３０と接続され、他端が電気コアと接続される。本実施例において、回路配線２４０の一部分を配線抵抗２４１とし、保護ＩＣ２１０の検出端２１１は測定線２１２によって、それぞれ、配線抵抗１２１の両端と接続される。従って、保護ＩＣ２１０は配線抵抗２４１の両端の電圧を検出すれば、電池電圧を取得することができる。配線抵抗２４１自体が回路配線２４０の一部分であり、その抵抗値が電圧及び温度の変化に従って大きな変化を発生せず、良好な安定性を有するため、電圧の測定は比較的に正確になり、検出精度が高くなる。図２中の配線抵抗２４１は太い線で表示され、実際の応用において、当該配線抵抗２４１の厚さ及び幅は回路配線２４０の他の部分の厚さ及び幅と同じである。従って、図２中の太い線で表示された配線抵抗２４１は、明らかに例示することのみを目的とし、配線抵抗２４１の実際の形態を限定するために用いられない。

本実施例において、保護ＩＣ２１０は、一種のハードウェア回路であり、当該保護ＩＣ２１０の測定線２１２は、配線抵抗２４１の両側に接続される場合には、配線抵抗２４１の両端の電圧をリアルタイムで測定することができて、回路電圧を取得する。そのうち、保護ＩＣ２１０は配線抵抗２４１の両端の電圧が予め設定された電圧範囲内にないと検出した場合には、スイッチ制御線２２０によってＭＯＳＦＥＴ２３０との接続をオフする。従って、本実施例は、配線抵抗２４１の両端の電圧を測定することによって、ＭＯＳＦＥＴの開閉を制御して、電源経路を好適に保護する効果を奏する。

また、模式図としての図２には、一つのＭＯＳＦＥＴのみが示される。実際の応用において、保護ＩＣ２１０はＭＯＳＦＥＴの開閉を制御する場合には、回路において、二つのＭＯＳＦＥＴ素子を含んでもよく、保護ＩＣ２１０の二本の測定線は、それぞれ、当該二つのＭＯＳＦＥＴ素子の両側に接続される。本実施例において、配線抵抗の長さの確定方法は、上述した図１に関する記載と一致するため、ここでは、説明を省略する。

図３に示すように、図３は本開示の例示的な実施例に係る電池の構造を示す模式図である。本実施例における電池とは、主に充放電機能を有する充電式電池を指す。充電式電池の使用中において、過充電、過放電及び過電流は、いずれも、電池使用寿命及び性能に影響を与える。従って、電池の損傷を防止するように、電池内部の電圧を検出する必要がある。本実施例に例示された電池は、電源保護回路３１０及び電気コア３２０を備える。そのうち、電源保護回路３１０は、電池内部の電圧を検出するために用いられ、電気コア３２０は、電池容量の供給源であり、エネルギー貯蔵を行うために用いられる。電気コア３２０を保護するために、電源保護回路３１０により電池電圧及び電流を測定し、これによって、電圧或いは電流が異常である場合には、電気コア３２０との間の電源経路を遮断して電池を保護する効果を奏する。

本実施例において、電源保護回路３１０は、保護ＩＣ３１１、スイッチ制御線３１２によって保護ＩＣ３１１と接続されるＭＯＳＦＥＴ３１３、及び回路配線３１４を更に備える。当該回路配線３１４は、一端がＭＯＳＦＥＴ３１３と接続され、他端が電気コア３２０と接続される。回路配線３１４の一部分は、配線抵抗３１４１であり、保護ＩＣ３１１の検出端３１１１は、測定線３１１２によって、それぞれ、配線抵抗３１４１の両端と接続される。そのうち、ＭＯＳＦＥＴ３１３は、保護ＩＣ３１１に制御され、保護ＩＣ３１１は、電圧或いは電流が異常であると検出した場合には、ＭＯＳＦＥＴ３１３の開閉を制御することによって、電気コアと接続或いは遮断するという開閉作用を奏する。

本実施例における電源保護回路３１０は、電池電圧を検出する場合に、図２に記載の電圧検出装置と一致するため、ここでは、説明を省略する。

上述の実施例からわかるように、当該実施例が提供する電池は、電源保護回路によって回路配線における配線抵抗を測定して、正確な電圧値を取得することができ、電圧値によってＭＯＳＦＥＴの開閉を制御することができて、電気コアの充放電過程において、電気コアを好適に保護する効果を奏することができる。

図４に示すように、図４は本開示の例示的な実施例に係る電圧検出方法を示すフローチャートである。当該方法は、図３の電池に用いられることができ、以下のステップを含む。

ステップ４０１：保護ＩＣはスイッチ制御線によって配線抵抗の両端の電池電圧を検出する。

図３を結合してわかるように、保護ＩＣの検出端は測定線によって配線抵抗の両端と接続される。当該保護ＩＣは、一種のハードウェア回路であり、配線抵抗の両端の電圧をリアルタイムで測定することができて、電池電圧を取得する。

ステップ４０２：検出された電池電圧が予め設定された電圧範囲内にあるか否かを判定する。

本実施例において、電池の主な動作状態が充電状態及び放電状態を含むため、予め設定された電圧範囲は、充電状態での最高電圧及び放電状態での最低電圧によって限定されることができる。

ステップ４０３：電池電圧が予め設定された電圧範囲内にない場合には、スイッチ制御線によってＭＯＳＦＥＴとの接続をオフする。

電池電圧が予め設定された電圧範囲内にある場合には、電池は自在に充放電を行うことができ、この時、保護ＩＣはスイッチ制御線によってＭＯＳＦＥＴがオン状態にあるように制御する。

電池電圧が予め設定された電圧範囲内にない場合には、電池電圧が最高電圧値よりも高い時の過充電状態に対して、保護ＩＣはスイッチ制御線によってＭＯＳＦＥＴがオフ状態にあるように制御して、電気コアへの充電を停止する。電池電圧が最低電圧値よりも低い時の過放電状態に対して、保護ＩＣもスイッチ制御線によってＭＯＳＦＥＴがオフ状態にあるように制御して、電気コアが負荷に放電することを停止する。

上述の実施例からわかるように、当該実施例が提供する電圧検出方法は、電源保護回路により回路配線における配線抵抗を測定して、正確な電圧値を取得することができ、電圧値によりＭＯＳＦＥＴの開閉を制御することができて、電気コアの充放電過程において、電気コアを好適に保護する効果を奏することができる。

本開示の他の実施形態は、本明細書の考えおよびここに開示される開示を実施することにより当業者には容易に想到する。本出願は、本分野において公知の常識及び慣用する技術手段の範囲内とされる本開示の派生物を含め、本開示の一般原則に従うあらゆる変形、用途、応用を網羅することを意図している。本明細書および実施例は、例示的なものとしてのみと見なされ、本開示の範囲および精神は、以下の特許請求の範囲によって示されることが意図されている。

本開示は、上記説明および添付の図面に示される正確な構成に限定されるものではなく、本開示の範囲を逸脱しない範囲で様々な補正および変更が可能であることが理解されるべきである。本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲のみに限定される。

本出願は、出願番号が２０１４１０８２８９７６８で、出願日が２０１４年１２月２５日である中国特許出願に基づいて提出されるとともに、当該中国特許出願の優先権を主張するものであり、当該中国特許出願の内容全体は参照により本出願に組み込まれている。

Claims

電圧検出モジュールと、回路配線とを備え、
前記回路配線の一部分は配線抵抗であり、前記電圧検出モジュールの検出端は、測定線によって、それぞれ、前記配線抵抗の両端と接続されることを特徴とする電圧検出装置。
前記電圧検出モジュールは、保護集積回路ＩＣ又は電力量計を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記電圧検出モジュールが保護ＩＣである場合には、前記電圧検出回路は、スイッチ制御線と、金属酸化物半導体電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴと、を更に備え、
前記保護ＩＣは、前記スイッチ制御線によって前記ＭＯＳＦＥＴと接続され、
前記回路配線は、一端が前記ＭＯＳＦＥＴと接続され、他端が電気コアと接続されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
前記保護ＩＣは前記配線抵抗の両端の電圧が予め設定された電圧範囲内にないと検出した場合には、前記スイッチ制御線によって前記ＭＯＳＦＥＴとの接続をオフすることを特徴とする請求項３に記載の装置。
前記配線抵抗の長さは、

（ただし、前記Ｌは、前記配線抵抗の長さ、前記Ｒは、前記配線抵抗の抵抗値、前記Ｓは、前記配線抵抗の断面積、前記ρは、前記配線抵抗の抵抗率である。）の数式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
前記配線抵抗の予め設定された抵抗値は１０ミリオームであることを特徴とする請求項５に記載の装置。
電源保護回路と、電気コアとを備え、
前記電源保護回路は、保護ＩＣと、スイッチ制御線によって前記保護ＩＣと接続されるＭＯＳＦＥＴと、回路配線とを備え、
前記回路配線は、一端が前記ＭＯＳＦＥＴと接続され、他端が前記電気コアと接続され、
前記回路配線の一部分は、配線抵抗であり、
前記保護ＩＣの検出端は、測定線によって、それぞれ、前記配線抵抗の両端と接続されることを特徴とする電池。
前記配線抵抗の長さは、

（ただし、前記Ｌは、前記配線抵抗の長さ、前記Ｒは、前記配線抵抗の抵抗値、前記Ｓは、前記配線抵抗の断面積、前記ρは、前記配線抵抗の抵抗率である。）の数式を満足することを特徴とする請求項７に記載の電池。
前記配線抵抗の予め設定された抵抗値は１０ミリオームであることを特徴とする請求項８に記載の電池。
保護ＩＣはスイッチ制御線によって配線抵抗の両端の電池電圧を検出するステップと、
検出された前記電池電圧が予め設定された電圧範囲内にあるか否かを判定するステップと、前記電圧が前記電圧範囲内にない場合には、前記スイッチ制御線によってＭＯＳＦＥＴとの接続をオフするステップと、
を含むことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の電池に用いられる電圧検出方法。