JP2019198216A - 電池保護システム - Google Patents

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Abstract

【課題】電池保護システムを提供する。【解決手段】システムは、複数の保護モジュールを含む。各保護モジュールは、電池セルの状態を監視する監視端子と、セルの異常状態が検出された場合に、保護信号を出力する出力端子と、スイッチング信号を受け取るスイッチング端子と、スイッチング信号を受け取った場合に通常動作モードから高速テストモードに切り替わり、異常状態が通常動作モードにおいて検出された場合は、第1の時間間隔だけ保護信号の出力を遅延させ、異常状態が高速テストモードにおいて検出された場合は、第1の時間間隔よりも短い第2の時間間隔だけ保護信号の出力を遅延させる検出回路とを含む。保護モジュールにおいて、第1の保護モジュールのスイッチング端子および第1の保護モジュールの監視端子は、第2の保護モジュールに結合され、第2の保護モジュールの出力端子から信号を受け取る。【選択図】図4

Description

本願は、電池保護システムに関する。
図1は、従来の電池保護システム100の回路図を示す。図1に示すように、保護システム100は、1次保護モジュール108および2次保護モジュール102を含む。1次保護モジュール108は、過電圧/低電圧状態、過電流状態、短絡状態、および高温/低温状態から電池セル104を保護する。1次保護モジュール108が機能しない、例えば、故障している場合、2次保護モジュール102が、例えば、電池セル104を過電圧状態などの異常状態から守ることによって、電池セル104にバックアップ保護を提供する。例えば、電池セル104が、端子PACK+およびPACK-に結合された充電器(図示せず)によって充電されている場合において、2次保護モジュール102が電池セル104の異常状態を検出したとき、保護モジュール102は、保護信号110を生成してスイッチMN1をオンにし、電池セル104が充電器から切り離されるようにヒューズ106を焼損させる。加えて、誤検出を回避するために、保護モジュール102が電池セル104の異常状態の兆候を検出すると、保護モジュール102は、予め設定された時間間隔ΔT1(例えば、1秒、2秒、または4秒など)だけ保護信号110の出力を遅延させる。異常状態が予め設定された時間間隔ΔT1続いたと保護モジュール102が判断した場合、保護モジュール102は、異常状態が電池セル104において発生していることを確認する。
図1の保護システム100は、少数の、例えば、5つの電池セルを含む電池パックを保護するために使用される。より多くの数の電池セルを含む電池パックを保護するためには、2つ以上の2次保護モジュール102が使用される。
図2Aは、2次保護モジュール202および212を含む従来の電池保護システム200Aの回路図を示す。図2Aに示すように、保護モジュール202(以下、ローサイドモジュール)は、電池セル204を監視し、保護モジュール212(以下、ハイサイドモジュール)は、電池セル214を監視する。電池セル204の異常状態の兆候が検出された場合、ローサイドモジュール202は、時間をカウントし始める。予め設定された時間間隔ΔT1(例えば、1秒、2秒、または4秒など)の後に、異常状態が電池セル204において生じていることをローサイドモジュール202が確認した場合、ローサイドモジュール202は、保護信号210を出力してヒューズ206を焼損させる。同様に、他方の組の電池セル214において異常状態が検出された場合、ハイサイドモジュール212は、予め設定された時間間隔ΔT1の後に保護信号216を出力する。図2Aに示すように、ローサイドモジュール202は、その監視端子BAT5において、ハイサイドモジュール212から保護信号216を受け取り、保護信号216に応答して保護信号210を生成してヒューズ206を焼損させる。したがって、電池保護システム200Aは、両方の組の電池セル204および214を異常状態から保護することができる。
しかしながら、ローサイドモジュール202がハイサイドモジュール212から保護信号216を受け取るとき、ローサイドモジュール202も予め設定された時間間隔ΔT1だけ保護信号210の出力を遅延させる。したがって、電池セル214の異常状態の検出から保護信号210の出力まで、予め設定された時間間隔ΔT1の2倍(ΔT2=2*ΔT1)の時間遅延ΔT2がある。そのような時間遅延ΔT2は、長すぎる場合があり、保護システム200Aは、時間内に電池セル214を保護することができないことがある。
図2Bは、別の従来の電池保護システム200Bの回路図を示す。電池保護システム200Bでは、ハイサイドモジュール212からの保護信号216がローサイドモジュール202に出力されるのではなく、スイッチMN2を制御するために出力される点を除いて、電池保護システム200Bは、上述の電池保護システム200Aと同様である。したがって、電池セル214において異常状態が検出された場合、ハイサイドモジュール212は、保護信号216を出力してスイッチMN2をオンにしてヒューズ206を焼損させる。ハイサイドモジュール212は、予め設定された時間間隔ΔT1だけ保護信号216の出力を遅延させる。加えて、電池保護システム200Bは、抵抗器R1、R2、R4、R5、R6ならびにスイッチMN1およびMP1を含み、これらの素子がレベルシフタを構成している。より具体的には、電池セル204において異常状態が検出された場合、ローサイドモジュール202は、保護信号210を出力する。レベルシフタは、保護信号210の電圧レベルをより高い電圧レベルにシフトしてスイッチMN2をオンにしてヒューズ206を焼損させる。例えば、保護信号210は、スイッチMN1をオンにしてスイッチMP1のゲート電圧を引き下げる。これに応じて、スイッチMP1がオンになりスイッチMN2のゲート電圧を引き上げる。こうして、スイッチMN2がオンになりヒューズ206を焼損させる。ローサイドモジュール202も、予め設定された時間間隔ΔT1だけ保護信号210の出力を遅延させる。したがって、図2Bの電池保護システム200Bは、図2Aの電池保護システム200Aと比較して、電池セル204および214に対して、より良好な保護を提供することができる。
しかしながら、レベルシフタは、抵抗器R1、R2、R4、R5、R6、ならびにスイッチMN1およびMP1を含み、したがって、保護システム200BのPCB(プリント回路板)のサイズを増加させ、消費電力を増加させる。
したがって、上述の欠点に対処する電池保護システムが有益であろう。
一実施形態において、電池保護システムは、複数の保護モジュールを含む。各保護モジュールは、一組の監視端子と、出力端子と、スイッチング端子と、監視端子、出力端子およびスイッチング端子に結合された検出回路と、を含む。監視端子は、一組の電池セルの状態を監視するように動作可能である。出力端子は、電池セルの異常状態が検出された場合に、保護信号を出力するように動作可能である。スイッチング端子は、スイッチング信号を受け取るように動作可能である。スイッチング信号に応答して、検出回路は、通常動作モードから高速テストモードに切り替わる。異常状態が通常動作モードにおいて検出された場合は、検出回路は、第1の時間間隔だけ保護信号の出力を遅延させる。異常状態が高速テストモードにおいて検出された場合は、検出回路は、第1の時間間隔よりも短い第2の時間間隔だけ保護信号の出力を遅延させる。保護モジュールは、第1の保護モジュールおよび第2の保護モジュールを含む。第1の保護モジュールのスイッチング端子および第1の保護モジュールの監視端子は、第2の保護モジュールに結合され、第2の保護モジュールの出力端子から信号を受け取るように動作可能である。
別の実施形態において、電池パックは、第1の複数の電池セルと、前記第1の複数の電池セルに結合された第2の複数の電池セルと、前記第1の複数の電池セルに結合された第1の保護モジュールと、前記第2の複数の電池セルに結合された第2の保護モジュールと、を備え、前記第1および第2の保護モジュールの各保護モジュールが、前記第1および第2の複数の電池セルの対応する複数の電池セルの状態を監視するように動作可能な複数の監視端子と、前記対応する複数の電池セルの異常状態が検出された場合に、保護信号を出力するように動作可能な出力端子と、スイッチング信号を受け取るように動作可能なスイッチング端子と、前記監視端子、前記出力端子、および前記スイッチング端子に結合され、前記スイッチング信号に応答して通常動作モードから高速テストモードに切り替わり、前記異常状態が前記通常動作モードにおいて検出された場合は、第1の時間間隔だけ前記保護信号の出力を遅延させ、前記異常状態が前記高速テストモードにおいて検出された場合は、前記第1の時間間隔よりも短い第2の時間間隔だけ前記保護信号の出力を遅延させるように構成された検出回路と、を備える。前記第1の保護モジュールのスイッチング端子および前記第1の保護モジュールの第1の監視端子は、前記第2の保護モジュールに結合され、前記第2の保護モジュールの前記出力端子から信号を受け取るように動作可能である。
別の実施形態において、第1の複数の電池セルと第2の複数の電池セルとを含む電池パックを保護するための方法が提供される。本方法は、第1の保護モジュールの複数の監視端子を介して、前記第1の複数の電池セルの状態を監視するステップと、前記第1の複数の電池セルの異常状態が検出された場合、前記第1の保護モジュールの第1の出力端子を通して、第1の保護信号を出力するステップと、前記第1の保護モジュールのスイッチング端子において、スイッチング信号を受け取るステップと、前記スイッチング信号に応答して前記第1の保護モジュールが通常動作モードから高速テストモードに切り替わるように制御するステップと、前記異常状態が前記通常動作モードにおいて検出された場合は、第1の時間間隔だけ前記第1の保護信号の出力を遅延させるステップと、前記異常状態が前記高速テストモードにおいて検出された場合は、前記第1の時間間隔よりも短い第2の時間間隔だけ前記第1の保護信号の出力を遅延させるステップと、第2の保護モジュールを使用して、前記第2の複数の電池セルの状態を監視するステップと、前記第2の複数の電池セルの異常状態が検出された場合、前記第2の保護モジュールの第2の出力端子を通して、第2の保護信号を出力するステップと、を含む。前記方法は、前記第1の保護モジュールの前記スイッチング端子において、前記第2の保護モジュールの前記第2の出力端子から信号を受け取るステップと、前記第1の保護モジュールの第1の監視端子において、前記第2の保護モジュールの前記第2の出力端子から前記信号を受け取るステップと、をさらに含む。
特許請求される主題の実施形態の特徴および利点は、以下の詳細な説明が進むとともに、また同様の数字が同様の部分を表す図面を参照すると、明らかになるであろう。
従来の電池保護システムの回路図である。 従来の電池保護システムの回路図である。 従来の電池保護システムの回路図である。 本発明の一実施形態における、電池保護システムの一例の回路図である。 本発明の一実施形態における、検出回路の一例の概略図である。 本発明の一実施形態における、電池保護システムによって実行される動作の例の流れ図である。 本発明の一実施形態における、電池保護システムによって実行される動作の例の流れ図である。
ここで、本発明の実施形態を詳細に参照する。本発明は、これらの実施形態に関連して記載されているが、これらの実施形態は、本発明をこれらの実施形態に限定することを意図するものではないことが理解されよう。それどころか、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の精神および範囲内に含まれ得る代替形態、修正形態および均等物を包含することが意図されている。
さらに、本発明の以下の詳細な説明では、本発明についての完全な理解を提供するために数多くの具体的な詳細が述べられている。しかしながら、本発明がこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることは、当業者によって認識されるであろう。他の事例では、よく知られた方法、手順、構成要素、および回路は、不必要に本発明の態様を不明瞭にしないように詳細には記載されていない。
本発明による一実施形態は、複数の組の電池セルを保護するための複数の保護モジュールを含む電池保護システムを提供する。保護モジュールは、通常動作モードまたは高速テストモードで選択的に動作することができる。電池セルの異常状態が通常動作モードにおいて検出された場合は、保護モジュールは、第1の時間間隔ΔTN(例えば、1秒、2秒、または4秒など)の後に保護信号を出力することができ、または異常状態が高速テストモードにおいて検出された場合は、保護モジュールは、第1の時間間隔ΔTNよりもはるかに短い第2の時間間隔ΔTFの後に保護信号を出力することができる。一実施形態の保護モジュールにおいて、第1の保護モジュールは、第1の保護信号を生成して第1の組の電池セルを保護することができ、および/または第2の保護モジュールから第2の保護信号を受け取って第1の保護信号を生成して第2の組の電池セルを保護することができる。加えて、第2の保護信号は、第1の保護モジュールが高速テストモードで動作するように制御することができる。その結果、第2の組の電池セルの異常状態の検出から第1の保護信号の出力までの遅延を、第1の時間間隔と第2の時間間隔との和、例えば、ΔTN+ΔTFとほぼ等しくすることができる。一実施形態において、第2の時間間隔ΔTFは、比較的短く、例えば、16ミリ秒または32ミリ秒などであり、したがって、時間遅延ΔTN+ΔTFは、従来の電池保護システム200Aに関連して述べた時間遅延ΔT2と比べて相対的に短い。さらに、従来の電池保護システム200Bに関連して述べたレベルシフタが省略されており、したがって、本発明による実施形態の電池保護システムは、PCBサイズをより小さくすることができ、消費電力をより少なくすることができる。
図3は、本発明の実施形態における、電池パック300の電池保護システムの一例の回路図を示す。図3に示すように、電池パック300は、第1の組の電池セル304および第2の組の電池セル314を含む。電池保護システムは、1次保護回路308、2次保護モジュール302および312、ならびにヒューズ306を含む。1次保護回路308は、電池セル304および314を、例えば、過電圧状態、低電圧状態、過電流状態、短絡状態、高温状態、および/または低温状態などから保護することができる。保護回路308が機能しない、または故障している場合、2次保護モジュール302および312は、例えば、ヒューズ306を焼損させることによって、電池セル304および314にバックアップ保護を提供することができる。
一実施形態において、保護モジュール302および312は、同様の回路構造および機能を有する。例えば、保護モジュール302および312のそれぞれは、一組の電池セル(例えば、304または314)の状態を監視するように動作可能な(例えば、「BAT1」、「BAT2」、...、「BAT5」とラベル付けされた)一組の監視端子と、電池セルの異常状態(例えば、過電圧状態)が検出された場合に、保護信号(例えば、SOV1またはSOV2)を出力するように動作可能な(例えば、「OV」とラベル付けされた)出力端子と、スイッチング信号を受け取るように動作可能な(例えば、「VCC」とラベル付けされた)スイッチング端子と、を含むことができる。一実施形態において、スイッチング端子VCCは、保護モジュールが動作することができるように、電力供給を受け取る電源入力端子としても使用され得る。加えて、保護モジュール(例えば、302または312)は、上述の端子に結合された検出回路を含む。検出回路は、監視端子において受信された情報に従って異常状態(例えば、過電圧状態)が生じているかどうかを判定することができる。異常状態の検出に応答して、検出回路は、所定の時間遅延の後に保護信号を生成することができる。また、検出回路は、上述のスイッチング信号に応答して通常動作モードから高速テストモードに切り替わることができる。
より具体的には、一実施形態において、誤検出を回避するために、保護モジュール302または312が電池セルの異常状態の兆候を検出したとき、保護モジュールは、保護信号を直ちには出力しない。代わりに、保護モジュールは、時間間隔ΔTN(例えば、1秒、2秒、または4秒など)だけ待機する。時間間隔ΔTNが終了したときに、保護モジュールが依然として異常状態の兆候を検出した場合、保護モジュールは、異常状態が生じていることを確認し、保護信号を生成する。一実施形態において、保護モジュール(例えば、302または312)が製造され、IC(集積回路)パッケージにパッケージ化されるときに、一連のテストが保護モジュールに対して行われ、保護モジュールが適切に機能することを確認する。一連のテストは、上述の保護信号を出力する時間遅延ΔTFが比較的短い(例えば、16ミリ秒または32ミリ秒などの)高速テストモードで行なわれる。一実施形態において、スイッチング端子VCCの電圧信号(以下、スイッチング信号)は、保護モジュールが通常動作モードまたは高速テストモードで選択的に動作するように制御することができる。例えば、スイッチング信号の電圧レベルが保護モジュールの通常の動作電圧範囲である(例えば、保護モジュールが通常の動作電圧範囲である電源電圧を受け取る)場合、保護モジュールは、通常動作モードで動作する。電池セルの異常状態が通常動作モードにおいて検出された場合は、検出回路は、第1の時間間隔ΔTN(例えば、1秒、2秒、または4秒など)だけ保護信号の出力を遅延させる。スイッチング信号が予め設定された電圧レベルよりも高い場合、例えば、VBAT5+5Vである場合、保護モジュールは、高速テストモードで動作する。「VBAT5」は、監視端子BAT5の電圧レベルを表す。電池セルの異常状態が高速テストモードにおいて検出された場合は、検出回路は、第1の時間間隔ΔTNよりも短い第2の時間間隔ΔTF(例えば、16ミリ秒または32ミリ秒など)だけ保護信号の出力を遅延させる。
図3の例では、保護モジュール302(以下、第1の保護モジュール)は、その監視端子BAT1〜BAT3を介して第1の組の電池セル304の状態を監視し、保護モジュール312(以下、第2の保護モジュール)は、その監視端子BAT1〜BAT4を介して第2の組の電池セル314の状態を監視する。さらに、第1の保護モジュール302のスイッチング端子VCCおよび第1の保護モジュール302の第1の監視端子BAT5は、第2の保護モジュール312に結合され、第2の保護モジュール312の出力端子OVから信号を受け取るように動作可能である。図3の例では、第1の保護モジュール302の第1の監視端子BAT5は、抵抗器RFTを介して第2の保護モジュール312に結合され、抵抗器RFTを介して第2の保護モジュール312の出力端子OVから信号を受け取る。第1の組の電池セル304において異常状態が検出された場合、第1の保護モジュール302は、その出力端子OVに、第1の時間間隔ΔTN(例えば、1秒、2秒、または4秒など)遅れて第1の保護信号SOV1を出力する。第1の保護信号SOV1は、(例えば、ヒューズ306と接地との間に結合されたスイッチを含む)回路310を制御してヒューズ306を焼損させることができる。第2の組の電池セル314において異常状態が検出された場合、第2の保護モジュール312は、第1の保護モジュール302の第1の監視端子BAT5に、第1の時間間隔ΔTN遅れて第2の保護信号SOV2を出力する。第2の保護信号SOV2に応答して、第1の保護モジュール302もその出力端子OVに第1の保護信号SOV1を出力してヒューズ306を焼損させる。したがって、本発明による実施形態の電池保護システムは、複数の保護モジュールを使用して、複数の組の電池セルを保護することができる。さらに、第1の保護モジュール302のスイッチング端子VCCも第2の保護モジュール312の出力端子OVから第2の保護信号SOV2を受け取ることができる。第2の保護信号SOV2に応答して、第1の保護モジュール302の検出回路は、通常動作モードから高速テストモードに切り替わることができる。高速テストモードの保護信号SOV1を出力する遅延は、第1の間隔ΔTN(例えば、1秒、2秒、または4秒など)よりもはるかに短い第2の時間間隔ΔTF(例えば、16ミリ秒または32ミリ秒など)に設定することができる。したがって、第2の組の電池セル314の異常状態の検出から第1の保護信号SOV1の出力までの遅延ΔTN+ΔTFは、従来の電池保護システム200Aに関連して述べた時間遅延ΔT2(例えば、2*ΔT1)と比較して相対的に短い。
図4は、本発明の実施形態における、第1の保護モジュール302の検出回路402の一例の概略図を示す。一実施形態において、第2の保護モジュール312は、同様の回路構造を有することができる。図4は、図3と組み合わせて説明される。図4に示すように、検出回路402は、監視端子BAT1〜BAT5に結合された監視回路418と、監視回路418に結合された遅延回路428と、遅延回路428に結合された高速テスト検出回路432と、を含む。
一実施形態において、監視回路418は、一組のセル電圧の状態を監視して、セル電圧のうちの1つのセル電圧が基準電圧VREF*(RD1+RD2)/RD1よりも大きい場合、表示信号430を生成する。例えば、監視回路418は、一組のコンパレータ422_1、422_2、...、422_5を含むことができる。コンパレータのそれぞれは、監視端子VSS、BAT1、BAT2、...、BAT5のうちの隣接する2つの端子間の電圧差VDISを示す対応する信号、例えば、V1、V2、...、またはV5を基準電圧VREFと比較することができる。対応する信号、例えば、V1、V2、...、またはV5が基準電圧VREFよりも大きく、例えば、対応する電圧差VDISが基準電圧VREF*(RD1+RD2)/RD1よりも大きいことを示す場合、比較器は、対応する信号OV1、OV2、...、またはOV5をORゲート424に出力する。したがって、ORゲート424は、表示信号430を出力する。図3の第1の保護モジュール302の例では、端子VSSとBAT1との間の電圧差、端子BAT1とBAT2との間の電圧差、および端子BAT2とBAT3との間の電圧差は、それぞれ、第1の組の電池セル304のセル電圧を示す。加えて、第1の監視端子BAT5の電圧信号は、第2の組の電池セル314のセル電圧の状態に従って制御され、したがって、端子BAT4とBAT5との間の電圧差は、電池セル314のセル電圧の状態を示す。その結果、監視回路418によって監視される上述のセル電圧は、第1の組の電池セル304のセル電圧および第2の組の電池セル314のセル電圧を含むことができる。
上述したように、一実施形態において、第1の保護モジュール302の第1の監視端子BAT5の電圧信号は、第2の組の電池セル314のセル電圧の状態に従って制御される。より具体的には、例えば、図3を見ると、第2の保護モジュール312の出力端子OV(以下、第2の出力端子OV)は、抵抗器RFTおよびROVを介して第1の組の電池セル304に結合され、第1の保護モジュール302の第1の監視端子BAT5は、抵抗器RFTとROVとの接続ノードに結合されている。こうして、例えば、第1の保護モジュール302の端子BAT5とBAT4との間の電圧差を表す、抵抗器ROVにわたる電圧降下が第2の出力端子OVの電圧によって制御される。一実施形態において、第2の出力端子OVの第2の保護信号SOV2は、抵抗器ROVにわたる電圧降下を上述の基準電圧VREF*(RD1+RD2)/RD1よりも大きくするのに十分に高くすることができる。こうして、異常状態が第2の組の電池セル314に生じた場合、第1の保護モジュール302は、第1の保護モジュール302の第1の監視端子BAT5を介して異常状態を検出することができる。
図4に戻ると、一実施形態において、遅延回路428は、表示信号430に応答して時間をカウントし始め、所定の時間遅延ΔTで第1の保護信号434を生成する。一実施形態において、遅延回路428は、タイマー426を含む。タイマー426は、時間をカウントすることができる任意の回路を含むことができる。例として、タイマー426は、予め設定された電流によって制御されるキャパシターを含んでもよい。表示信号430に応答して、予め設定された電流は、キャパシターの電圧が変化するように、キャパシターの充電(または放電)を開始する。キャパシターの電圧変化が指定された量に達すると、タイマー426は、バッファーへの信号を生成し、バッファーは、保護信号434を出力する。このようにして、時間遅延ΔTは、予め設定された電流および/または指定された量の電圧変化を制御することによって制御することができる。例えば、時間遅延ΔTは、予め設定された電流を増加させることによって、または指定された量の電圧変化を低減させることによって減少させることができる。
一実施形態において、高速テスト検出回路432が、スイッチング端子VCCにおいて、第2の保護モジュール312の出力端子OVから第2の保護信号SOV2を受け取った場合、高速テスト検出回路432は、遅延回路428を制御して、所定の時間遅延ΔTを第1の時間間隔ΔTNから第2の時間間隔ΔTFに変更する。例えば、高速テスト検出回路432は、コンパレータ432を含む。コンパレータ432は、スイッチング端子VCCと第1の監視端子BAT5との間の電圧差をしきい電圧VTHと比較し、この比較に従って遅延回路428を制御するための結果信号TEST_MDを生成することができる。一実施形態において、第2の保護信号SOV2の電圧レベルは、例えば、端子VCCとBAT5との間の電圧差を表す抵抗器RFTにわたる電圧降下をしきい電圧VTHよりも大きくするのに十分に高い。
その結果、図4の例において、例えば、端子、VSS、BAT1、BAT2、およびBAT3を介して第1の組の電池セル304の過電圧状態などの異常状態が検出された場合、遅延回路428は、電池セル304を保護するために、第1の時間間隔ΔTN遅れて保護信号434を出力する。例えば、端子BAT4およびBAT5を介して、第2の組の電池セル314の過電圧状態などの異常状態が検出された場合、遅延回路428は、電池セル314を保護するために、第2の時間間隔ΔTF遅れて保護信号434を出力する。第2の保護モジュール312が第2の組の電池セル314の異常状態の兆候を検出した瞬間から第1の保護モジュール302が保護信号434を出力する瞬間までの時間遅延は、ΔTN+ΔTFとほぼ等しくすることができる。
図5Aおよび図5Bは、本発明の実施形態における、電池保護システム300によって実行される動作の例の流れ図を示す。図5Aおよび図5Bは、図3および図4と組み合わせて説明される。図5Aおよび図5Bでは特定のステップが開示されているが、そのようなステップは、例示目的のための例である。すなわち、本発明による実施形態は、様々な他のステップまたは図5Aおよび図5Bに列挙されたステップの変形形態を実行するのに十分に適している。
ステップ502では、第1の保護モジュール302は、一組の監視端子を介して第1の組の電池セル304の状態を監視する。例えば、第1の保護モジュール302は、電池セル304のセル電圧を監視して、セル電圧のうちの1つのセル電圧が基準電圧よりも大きいかどうかを判定する。セル電圧のうちの1つのセル電圧が基準電圧よりも大きい場合、第1の保護モジュール302は、時間をカウントし始める。所定の時間間隔が終了したときに、セル電圧が依然として基準電圧よりも大きい場合、第1の保護モジュール302は、異常状態、例えば、過電圧状態が電池セル304において生じていると判定する。
ステップ504では、例えば、過電圧状態などの異常状態が電池セル304において検出された場合、第1の保護モジュール302は、その第1の出力端子OVを介して第1の保護信号SOV1を出力する。
ステップ506では、第1の保護モジュール302は、そのスイッチング端子VCCにおいて、スイッチング信号、例えば、SOV2を受け取る。
ステップ508では、第1の保護モジュール302は、スイッチング信号、例えば、SOV2に応答して、通常動作モードから高速テストモードに切り替わる。
ステップ510では、異常状態が通常動作モードにおいて検出された場合、第1の保護モジュール302は、第1の時間間隔ΔTN(例えば、1秒、2秒、または4秒など)だけ第1の保護信号SOV1の出力を遅延させる。
ステップ512では、異常状態が高速テストモードにおいて検出された場合、第1の保護モジュール302は、第1の時間間隔ΔTNよりも短い第2の時間間隔ΔTF(例えば、16ミリ秒または32ミリ秒など)だけ第1の保護信号SOV1の出力を遅延させる。
ステップ514では、第2の保護モジュール312は、第2の組の電池セル314の状態を監視する。例えば、第2の保護モジュール312は、電池セル314のセル電圧を監視して、セル電圧のうちの1つのセル電圧が基準電圧よりも大きいかどうかを判定する。セル電圧のうちの1つのセル電圧が基準電圧よりも大きい場合、第2の保護モジュール312は、時間をカウントし始める。所定の時間間隔が終了したときに、セル電圧が依然として基準電圧よりも大きい場合、第2の保護モジュール312は、異常状態、例えば、過電圧状態が電池セル314において生じていると判定する。
ステップ516では、異常状態、例えば、過電圧状態が電池セル314において検出された場合、第2の保護モジュール312は、その第2の出力端子OVを介して第2の保護信号SOV2を出力する。
ステップ518では、第1の保護モジュール302は、そのスイッチング端子VCCにおいて、第2の保護モジュール312の第2の出力端子OVから信号、例えば、SOV2を受け取る。
ステップ520では、第1の保護モジュール302も、その第1の監視端子BAT5において、第2の保護モジュール312の第2の出力端子OVから信号、例えば、SOV2を受け取る。
前述の説明および図面は、本発明の実施形態を表しているが、添付の特許請求の範囲において定義されるような本発明の原理の精神および範囲から逸脱することなく、様々な追加、修正および置換を行うことができることを理解されるであろう。当業者は、本発明が、形態、構造、配置、割合、材料、要素、および構成要素の多くの修正形態と共に使用され得て、さもなければ、本発明の原理から逸脱することなく、特定の環境および動作要件に特に適合された本発明の実施において使用され得ることを認識されるであろう。したがって、本明細書に開示された実施形態は、すべての点で例示であって限定的なものではないと考えられるべきであり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその法的な均等物によって示され、前述の説明に限定されない。
100 電池保護システム
102 2次保護モジュール
104 電池セル
106 ヒューズ
108 1次保護モジュール
110 保護信号
200A 電池保護システム
200B 電池保護システム
202 ローサイドモジュール
204 電池セル
206 ヒューズ
210 保護信号
212 ハイサイドモジュール
214 電池セル
216 保護信号
300 電池パックまたは電池保護システム
302 2次保護モジュール
304 電池セル
306 ヒューズ
308 1次保護回路
310 回路
312 保護モジュール
314 電池セル
402 検出回路
418 監視回路
422_1 コンパレータ
422_2 コンパレータ
424 ORゲート
426 タイマー
428 遅延回路
430 表示信号
432 高速テスト検出回路またはコンパレータ
434 保護信号
BAT1 端子
BAT2 端子
BAT3 端子
BAT4 端子
BAT5 端子
MN1 スイッチ
MN2 スイッチ
MP1 スイッチ
OV 出力端子
OV1 信号
OV2 信号
PACK+ 端子
PACK- 端子
R1 抵抗器
R2 抵抗器
R4 抵抗器
R5 抵抗器
R6 抵抗器
RFT 抵抗器
ROV 抵抗器
SOV1 保護信号
SOV2 保護信号
TEST_MD 結果信号
VCC 端子
VDIS 電圧差
VREF 基準電圧
VSS 端子
VTH しきい電圧

Claims (20)

  1. 電池保護システムであって、
    複数の保護モジュールを備え、前記保護モジュールの各保護モジュールが、
    複数の電池セルの状態を監視するように動作可能な複数の監視端子と、
    前記電池セルの異常状態が検出された場合に、保護信号を出力するように動作可能な出力端子と、
    スイッチング信号を受け取るように動作可能なスイッチング端子と、
    前記監視端子、前記出力端子、および前記スイッチング端子に結合され、前記スイッチング信号に応答して通常動作モードから高速テストモードに切り替わり、前記異常状態が前記通常動作モードにおいて検出された場合は、第1の時間間隔だけ前記保護信号の出力を遅延させ、前記異常状態が前記高速テストモードにおいて検出された場合は、前記第1の時間間隔よりも短い第2の時間間隔だけ前記保護信号の出力を遅延させるように構成された検出回路とを備え、
    前記保護モジュールが、第1の保護モジュールおよび第2の保護モジュールを備え、前記第1の保護モジュールの前記スイッチング端子および前記第1の保護モジュールの第1の監視端子が、前記第2の保護モジュールに結合され、前記第2の保護モジュールの前記出力端子から信号を受け取るように動作可能である、電池保護システム。
  2. 前記複数の電池セルに結合され、前記第1の保護モジュールの前記出力端子から出力される第1の保護信号によって制御されるように構成されたヒューズをさらに備える、請求項1に記載の電池保護システム。
  3. 前記第1の保護モジュールが、第1の複数の電池セルの状態を監視するように構成されており、前記第2の保護モジュールが、第2の複数の電池セルの状態を監視するように構成されており、前記第2の複数の電池セルの異常状態が検出された場合、前記第2の保護モジュールが、前記第1の保護モジュールの前記第1の監視端子に第2の保護信号を出力するように構成され、前記第1の保護モジュールの前記出力端子が、前記第1の保護信号を出力して前記ヒューズを焼損させるように構成されている、請求項2に記載の電池保護システム。
  4. 前記異常状態が過電圧状態を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の電池保護システム。
  5. 前記第1の保護モジュールの前記スイッチング端子が、前記第2の保護モジュールの前記出力端子から保護信号を受け取った場合、前記第1の保護モジュールの前記検出回路が、前記通常動作モードから前記高速テストモードに切り替わるように構成されている、請求項1から4のいずれか一項に記載の電池保護システム。
  6. 前記第1の保護モジュールの前記検出回路が、
    前記第1の保護モジュールの前記監視端子に結合され、複数のセル電圧の状態を監視し、前記セル電圧のうちの1つのセル電圧が基準電圧よりも大きい場合に、表示信号を生成するように構成されている監視回路と、
    前記監視回路に結合され、前記表示信号に応答して時間をカウントし始め、所定の時間遅延で第1の保護信号を生成するように構成された遅延回路と、
    前記遅延回路に結合され、前記第1の保護モジュールの前記スイッチング端子において、前記第2の保護モジュールの前記出力端子から第2の保護信号を受け取った場合、前記遅延回路を制御して前記所定の時間遅延を前記第1の時間間隔から前記第2の時間間隔に変更するように構成されている高速テスト検出回路とを備える、請求項1から5のいずれか一項に記載の電池保護システム。
  7. 前記複数のセル電圧が、前記第1の保護モジュールに結合された第1の複数の電池セルのセル電圧と、前記第2の保護モジュールに結合された第2の複数の電池セルのセル電圧とを含み、前記第1の保護モジュールの前記第1の監視端子の信号が、前記第2の複数の電池セルの前記セル電圧の状態に応じて制御されるように構成されている、請求項6に記載の電池保護システム。
  8. 前記高速テスト検出回路が、前記第1の保護モジュールの前記スイッチング端子と前記第1の保護モジュールの前記第1の監視端子との間の電圧差をしきい電圧と比較し、前記比較に従って前記遅延回路を制御するための結果信号を生成するように構成されたコンパレータを備える、請求項6または請求項7に記載の電池保護システム。
  9. 電池パックであって、
    第1の複数の電池セルと、
    前記第1の複数の電池セルに結合された第2の複数の電池セルと、
    前記第1の複数の電池セルに結合された第1の保護モジュールと、
    前記第2の複数の電池セルに結合された第2の保護モジュールとを備え、
    前記第1および第2の保護モジュールのそれぞれの保護モジュールが、
    前記第1および第2の複数の電池セルの対応する複数の電池セルの状態を監視するように動作可能な複数の監視端子と、
    前記対応する複数の電池セルの異常状態が検出された場合に、保護信号を出力するように動作可能な出力端子と、
    スイッチング信号を受け取るように動作可能なスイッチング端子と、
    前記監視端子、前記出力端子、および前記スイッチング端子に結合され、前記スイッチング信号に応答して通常動作モードから高速テストモードに切り替わり、前記異常状態が前記通常動作モードにおいて検出された場合は、第1の時間間隔だけ前記保護信号の出力を遅延させ、前記異常状態が前記高速テストモードにおいて検出された場合は、前記第1の時間間隔よりも短い第2の時間間隔だけ前記保護信号の出力を遅延させるように構成された検出回路とを備え、
    前記第1の保護モジュールの前記スイッチング端子および前記第1の保護モジュールの第1の監視端子が、前記第2の保護モジュールに結合され、前記第2の保護モジュールの前記出力端子から信号を受け取るように動作可能である、電池パック。
  10. 前記第1および第2の複数の電池セルに結合され、前記第1の保護モジュールの前記出力端子から出力される第1の保護信号によって制御されるように構成されたヒューズをさらに備える、請求項9に記載の電池パック。
  11. 前記第1の保護モジュールが、前記第1の複数の電池セルの状態を監視するように構成されており、前記第2の保護モジュールが、前記第2の複数の電池セルの状態を監視するように構成されており、前記第2の複数の電池セルの異常状態が検出された場合、前記第2の保護モジュールが、前記第1の保護モジュールの前記第1の監視端子に第2の保護信号を出力するように構成され、前記第1の保護モジュールの前記出力端子が、前記第1の保護信号を出力して前記ヒューズを焼損させるように構成されている、請求項10に記載の電池パック。
  12. 前記異常状態が過電圧状態を含む、請求項9から11のいずれか一項に記載の電池パック。
  13. 前記第1の保護モジュールの前記スイッチング端子が、前記第2の保護モジュールの前記出力端子から保護信号を受け取った場合、前記第1の保護モジュールの前記検出回路が、前記通常動作モードから前記高速テストモードに切り替わるように構成されている、請求項9から12のいずれか一項に記載の電池パック。
  14. 前記第1の保護モジュールの前記検出回路が、
    前記第1の保護モジュールの前記監視端子に結合され、複数のセル電圧の状態を監視し、前記セル電圧のうちの1つのセル電圧が基準電圧よりも大きい場合に、表示信号を生成するように構成されている監視回路と、
    前記監視回路に結合され、前記表示信号に応答して時間をカウントし始め、所定の時間遅延後に第1の保護信号を生成するように構成された遅延回路と、
    前記遅延回路に結合され、前記第1の保護モジュールの前記スイッチング端子において、前記第2の保護モジュールの前記出力端子から第2の保護信号を受け取った場合、前記遅延回路を制御して前記所定の時間遅延を前記第1の時間間隔から前記第2の時間間隔に変更するように構成されている高速テスト検出回路とを備える、請求項9から13のいずれか一項に記載の電池パック。
  15. 前記複数のセル電圧が、前記第1の複数の電池セルのセル電圧および前記第2の複数の電池のセル電圧を含み、前記第1の監視端子の信号が、前記第2の複数の電池セルの前記セル電圧の状態に応じて制御されるように構成されている、請求項14に記載の電池パック。
  16. 前記高速テスト検出回路が、前記第1の保護モジュールの前記スイッチング端子と前記第1の保護モジュールの前記第1の監視端子との間の電圧差をしきい電圧と比較し、前記比較に従って前記遅延回路を制御するための結果信号を生成するように構成されたコンパレータを備える、請求項14または請求項15に記載の電池パック。
  17. 第1の複数の電池セルと第2の複数の電池セルとを含む電池パックを保護するための方法であって、
    第1の保護モジュールの複数の監視端子を介して、前記第1の複数の電池セルの状態を監視するステップと、
    前記第1の複数の電池セルの異常状態が検出された場合、前記第1の保護モジュールの第1の出力端子を通して、第1の保護信号を出力するステップと、
    前記第1の保護モジュールのスイッチング端子において、スイッチング信号を受け取るステップと、
    前記スイッチング信号に応答して前記第1の保護モジュールが通常動作モードから高速テストモードに切り替わるように制御するステップと、
    前記異常状態が前記通常動作モードにおいて検出された場合は、第1の時間間隔だけ前記第1の保護信号の出力を遅延させるステップと、
    前記異常状態が前記高速テストモードにおいて検出された場合は、前記第1の時間間隔よりも短い第2の時間間隔だけ前記第1の保護信号の出力を遅延させるステップと、
    第2の保護モジュールを使用して、前記第2の複数の電池セルの状態を監視するステップと、
    前記第2の複数の電池セルの異常状態が検出された場合、前記第2の保護モジュールの第2の出力端子を通して、第2の保護信号を出力するステップとを含み、
    前記第1の保護モジュールの前記スイッチング端子において、前記第2の保護モジュールの前記第2の出力端子から信号を受け取るステップと、
    前記第1の保護モジュールの第1の監視端子において、前記第2の保護モジュールの前記第2の出力端子から前記信号を受け取るステップとをさらに含む、方法。
  18. 前記第1の保護信号を使用して、前記第1および第2の複数の電池セルに結合されたヒューズを制御するステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
  19. 前記第1の保護モジュールの監視回路を使用して、複数のセル電圧の状態を監視するステップと、
    前記セル電圧のうちの1つのセル電圧が基準電圧よりも大きい場合に、表示信号を生成するステップと、
    前記表示信号に応答して時間をカウントし始めるステップと、
    前記第1の保護モジュールの遅延回路を使用して、所定の時間遅延後に前記第1の保護信号を生成するステップと、
    前記第2の保護信号が前記第1の保護モジュールの前記スイッチング端子において受信された場合に、前記所定の時間遅延を前記第1の時間間隔から前記第2の時間間隔に変更するステップとをさらに含む、請求項17または請求項18に記載の方法。
  20. 前記第1の保護モジュールの前記スイッチング端子と前記第1の保護モジュールの前記第1の監視端子との間の電圧差をしきい電圧と比較するステップと、
    前記比較に従って前記遅延回路を制御するステップとをさらに含む、請求項19に記載の方法。
JP2019076340A 2018-04-19 2019-04-12 電池保護システム Active JP7225011B2 (ja)

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