JP2022542721A - 電池保護回路、電池管理システム、電池装置及びその制御方法 - Google Patents

電池保護回路、電池管理システム、電池装置及びその制御方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2022542721000001
本願に係る電池保護回路は、電気コアユニットと外付けポートとの間に電気的に接続されて給電回路を形成し、第１の保護ユニットと、第２の保護ユニットと、感知スイッチユニットと、を備える。前記第１の保護ユニットは、電気コアユニットと第２の保護ユニットとの間に電気的に接続される。前記感知スイッチユニットは、前記電気コアユニットの所定位置に配置され、且つ前記第２の保護ユニットと電気的に接続される。前記感知スイッチユニットがオンになるようにトリガーされて、且つ、前記第１の保護ユニットが前記給電回路を導通する場合、前記電気コアユニットを保護するように前記第２の保護ユニットを制御する。また、本願は、電池管理システム、電池装置及びその制御方法をさらに提供する。本願に係る前記電池保護回路は、安全性が高く、応用範囲が広く、コストが低いなどの利点を有する。

Description

＜関連出願の相互参照＞
本願は、２０２０年０６月１７日に提出した、出願番号が２０１０５５９４３．６であり、発明の名称が「電池保護回路、電池管理システム、電池装置、及びその制御方法」という中国特許出願の優先権を主張するものであり、その内容の全てが引用により本願に組み込まれる。
本願は、電池技術分野に関し、特に、電池保護回路、及びそれを備えた電池管理システム、電池装置、並びにその制御方法に関する。
リチウムイオン電池は、既に重要なエネルギー源として広範囲に使用されており、電子通信分野、交通輸送分野などの分野において極めて重要な役割を担っており、幅広い応用の見通しがある。リチウムイオン電池の安全性も無視できない問題である。
リチウムイオン電池は、標準通りに使用する場合、通常は安全であるが、内部や機械が故障した場合に潜在的な危険になり得る。例えば、電池が悪用された場合、過充電、押出、高温又は短絡のような場合、過熱を招き、煙が出て、爆発する恐れがある。従来技術では、リチウムイオン電池の保護チップは、充電及び放電プロセスを監視し、且つプロセスが電池安全動作範囲のリスクを超えてしまう可能性がある場合には干渉する。しかしながら、リチウムイオン電池の保護チップが失効すると、電池に対してリスクアラームを行うことができない。
このような問題に鑑みて、電気コアユニットを保護することができる電池保護回路、及びこの電池保護回路を備えた電池管理システム、電池装置及びその制御方法が求められている。
本願の一実施形態に係る電池保護回路は、電気コアユニットと外付けポートとの間に電気的に接続されて給電回路を形成し、第１の保護ユニットと、第２の保護ユニットと、感知スイッチユニットと、を備え、前記第１の保護ユニットは、電気コアユニットと第２の保護ユニットとの間に電気的に接続される。前記感知スイッチユニットは、前記電気コアユニットの所定位置に配置され、且つ前記第２の保護ユニットと電気的に接続される。前記感知スイッチユニットがオンになるようにトリガーされて、且つ、前記第１の保護ユニットが前記給電回路を導通する場合、前記電気コアユニットを保護するように前記第２の保護ユニットを制御する。
本願の幾つかの態様によれば、前記第２の保護ユニットは、ヒューズと、第１の抵抗と、第１のスイッチと、を備え、前記ヒューズの第１端は前記電気コアユニットの正極に接続され、前記ヒューズの第２端は前記第１の抵抗を介して前記第１のスイッチの第２端に接続され、前記ヒューズの第３端は外付けポートの正極に接続される。前記第１のスイッチの第１端は前記感知スイッチユニットに電気的に接続され、前記第１のスイッチの第２端は接地され、前記第１のスイッチの第３端は前記ヒューズの第２端に電気的に接続されている。
本願の幾つかの態様によれば、前記感知スイッチユニットは、温度スイッチであり、電気コアユニットの温度が予め設定された温度を超えていると検知すると、前記温度スイッチはオンになるようにトリガーされ、これにより、前記第１のスイッチがオンされて前記第１の抵抗を加熱し、前記ヒューズが溶断されて前記電気コアユニットを保護する。
本願の幾つかの態様によれば、前記感知スイッチユニットは、マイクロスイッチであり、前記電気コアユニットが熱膨張により押し出されると、前記マイクロスイッチがオンになり、これにより、前記第１のスイッチがオンになるようにトリガーされて、前記第１の抵抗を加熱し、前記ヒューズが溶断されて前記電気コアユニットを保護する。
本願の幾つかの態様によれば、前記電池保護回路は、前記電気コアユニットと前記第２の保護ユニットとの間に電気的に接続された第３の保護ユニットをさらに備える。
本願の幾つかの態様によれば、前記感知スイッチユニットがオンになるようにトリガーされ、前記第１の保護ユニットが前記給電回路を導通し、且つ、前記第３の保護ユニットが前記第２の保護ユニットをトリガーしない場合に、前記電気コアユニットを保護するように前記第２の保護ユニットを制御する。
本願の一実施形態には、上記のような電池保護回路を備える電池管理システムが開示されている。
本願の幾つかの態様によれば、前記電池管理システムは、前記電気コアユニットが予め設定された電流で放電するように制御する時に、前記感知スイッチユニットがオンされると、前記第２の保護ユニットをトリガーして前記電気コアユニットを保護する。
本願の幾つかの態様によれば、前記第２の保護ユニットは、ヒューズを含み、前記ヒューズの定格電流と前記予め設定された電流との差分が電流閾値よりも小さいか若しくは等しい。本願の一実施形態に係る電池装置は、電気コアユニットと、上記のような電池保護回路と、を備え、前記電池保護回路は、前記電気コアユニットを保護するために用いられる。
本願の一実施形態には、電池装置の制御方法が開示されている。前記電池装置は、電気コアユニット及び前記電気コアユニットと電気的に接続された電池保護回路を備え、前記電池保護回路は、電気コアユニットと外付けポートとの間に電気的に接続されて給電回路を形成し、前記電池保護回路は、第１の保護ユニット、第２の保護ユニット及び感知スイッチユニットを含み、前記方法は、前記感知スイッチユニットがオンになるようにトリガーされ、且つ、前記第１の保護ユニットが前記給電回路を導通した場合、前記電気コアユニットを保護するように前記第２の保護ユニットを制御することを含む。
本願の幾つかの実施形態によれば、前記電池保護回路は、前記電気コアユニットと前記第２の保護ユニットとの間に電気的に接続された第３の保護ユニットをさらに備え、前記方法は、前記感知スイッチユニットがオンになるようにトリガーされ、前記第１の保護ユニットが前記給電回路を導通し、且つ、前記第３の保護ユニットが前記第２の保護ユニットをトリガーしない場合、前記電気コアユニットを保護するように前記第２の保護ユニットを制御することをさらに含む。
本願の幾つかの実施形態によれば、前記電池装置は、電池管理システムを含み、前記方法は、
前記電池管理システムは前記電気コアユニットが予め設定された電流で放電するように制御するときに、前記感知スイッチユニットがオンになるようにトリガーされると、前記電気コアユニットを保護するように前記第２の保護ユニットを制御することを含む。
本願の幾つかの態様によれば、前記第２の保護ユニットは、ヒューズを含み、前記ヒューズの定格電流と前記予め設定された電流との差分が電流閾値よりも小さいか若しくは等しい。
本願発明が開示する電池保護回路、及び前記電池保護回路を備えた電池管理システムは、前記電気コアユニットの所定位置に、前記第２の保護ユニットと電気的に接続される感知スイッチユニットを設けることによって、前記第１の保護ユニットが前記第２の保護ユニットをトリガーせず、前記感知スイッチユニットがオンになるようにトリガーされると、前記電気コアユニットを保護するように前記第２の保護ユニットを制御する。本願発明は、電池管理システムが一点失効した場合に過充電、過放電又はヒューズの定格電流に近い電流で高倍率放電することによって、電気コアユニットが発火して爆発する事故を有効に回避することができる。本願が提供する電池保護回路は、安全性が高く、応用範囲が広く、コストが低いなどの利点を有する。
本願の第１の好適な実施形態による電池装置のブロック図である。 本願の第２の好適な実施形態による電池装置のブロック図である。 図１の電池管理システムにおける電池保護回路の第１の実施形態での回路図である。 図１の電池管理システムにおける電池保護回路の第２の実施形態での回路図である。 本願の第１の好適な実施形態による電池装置の制御方法のフローチャートである。
以下の具体的な実施形態では、上記の図面に関連して本発明をさらに説明する。
以下、本願実施例における図面を合わせて、本願実施例における技術案を明確且つ全体的に説明するが、ここで述べる実施例は、すべての実施例ではなく、本願の一部の実施例に過ぎないことは明らかである。
なお、「接続」という用語は、本願実施形態の記載では、特に明確な規定や限定がない限り、広く理解されるべきであり、例えば、固定的な接続であってもよいし、取り外し可能な接続であってもよいし、一体的な接続であってもよい。また、機械的な接続であってもよいし、電気的な接続又は相互に通信可能であっても良い。また、直接に接続されてもよいし、中間媒体を介して間接的に接続されてもよい。また、２つの素子の内部の連通や２つの素子の相互作用関係であってもよい。当業者にとって、具体的な状況に応じて、上記の用語の本願における具体的な意味を理解することができる。
本願の明細書及び特許請求の範囲、並びに上記図面の用語「第１」、「第２」、及び「第３」等は、特定の順番を説明するためのものではなく、異なる対象を区別するための用語である。また、「含む」及びその何れかの変形という用語は、排除的ではない包含を意図している。
図１に示すように、図１は、本願の好適な一実施形態による電池装置のブロック図である。前記電池装置１００は、電気コアユニット２００と、電気コアユニット２００に電気的に接続された電池保護回路３００と、を備える。前記電池保護回路３００は、電池管理システム４００に備えられ、前記電池管理システム４００が電気コアユニット２００の充放電を制御しているときに、前記電気コアユニット２００を保護する。前記電池保護回路３００は、前記電気コアユニット２００と外付けポート５００との間に電気的に接続されて給電回路を形成する。前記電池保護回路３００は、前記給電回路の導通／遮断を制御して、前記電池管理システム４００が電気コアユニット２００の充放電を制御する際に前記電気コアユニット２００を保護する。
前記電池保護回路３００は、第１の保護ユニット３０と、第２の保護ユニット３１と、感知スイッチユニット３２、とを備える。
具体的には、本願の実施形態において、前記第１の保護ユニット３０は、電気コアユニット２００と第２の保護ユニット３１との間に電気的に接続されている。前記感知スイッチユニット３２は前記電気コアユニット２００の所定位置に配置され、且つ、前記感知スイッチユニット３２は前記第２の保護ユニット３１と電気的に接続されている。正常の使用状態では、前記感知スイッチユニット３２はオフ状態となっている。前記第１の保護ユニット３０が前記給電回路を遮断しておらず、前記感知スイッチユニット３２がオンにされると、前記第２の保護ユニット３１をトリガーして前記電気コアユニット２００を保護することができる。なお、前記所定位置は、前記感知スイッチユニット３２の違いに応じて設定されることができる。例えば、前記感知スイッチユニット３２が温度スイッチである場合、前記所定位置は、電気コアユニット２００の表面の最も温度の高い点が位置する箇所である。前記感知スイッチユニット３２がマイクロスイッチである場合、前記所定位置は、電気コアユニット２００の表面の最も膨張しやすい位置となる。なお、前記電気コアユニット２００の温度の最高点又は最も膨張しやすい点が位置する箇所は、前記電気コアユニット２００の出荷時に既に決められている。例えば、前記電気コアユニット２００の電池システム、化学成分、及び構造に基づいて熱シミュレーションと試験を行うことにより、当該電池システムにおける電気コアユニット２００の温度の最高点又は最も膨張しやすい点の位置が得られる。異なる電池システムの電気コアユニット２００は、表面温度が最も高い点、又は最も膨張しやすい点の位置は同じではない。一実施形態において、前記第１の保護ユニット３０は、電気コアユニット２００における各コアを保護するための複数の第１の保護チップを含む。
一実施形態において、図３に示すように、前記第２の保護ユニット３１は、ヒューズ３１０と、第１の抵抗Ｒ１と、第１のスイッチＱ１とを含む。前記ヒューズ３１０は、三端ヒューズである。前記ヒューズ３１０の第１端は、前記電気コアユニット２００の正極に接続され、前記ヒューズ３１０の第２端は、前記第１の抵抗Ｒ１を介して前記第１のスイッチＱ１の第２端に接続され、前記ヒューズ３１０の第３端は、外付けポート５００の正極に接続される。前記第１のスイッチＱ１の第１端は前記感知スイッチユニット３２に電気的に接続され、前記第１のスイッチＱ１の第３端は前記ヒューズ３１０の第２端に電気的に接続され、前記第１のスイッチＱ１の第２端は接地されている。前記第１のスイッチＱ１は、Ｎ型電界効果トランジスタであってもよい。前記第１のスイッチＱ１の第１端、第２端及び第３端はそれぞれ、前記Ｎ型電界効果トランジスタのゲート、ソース及びドレインに対応している。
一実施形態において、前記感知スイッチユニット３２は、前記電気コアユニット２００の温度又は膨張幅又は押圧時の圧力を検知する。例えば、前記感知スイッチユニット３２は、温度スイッチであり、前記電気コアユニット２００の所定位置の温度を検出し、且つ検出した温度と予め設定された温度とを比較することができる。前記検知された温度が前記予め設定された温度よりも大きい場合、前記温度スイッチがオンになるようにトリガーされて、前記第１のスイッチＱ１がオンにさせて、前記第１の抵抗Ｒ１を加熱し、さらに前記ヒューズ３１０を溶断して前記電気コアユニット２００を保護する。
他の実施形態において、前記感知スイッチユニット３２はマイクロスイッチである。前記電気コアユニット２００が加熱されると膨張し、前記電気コアユニット２００が膨張した後に押し出しされる（例えば、ケースの前記電気コアユニット２００に対する押圧）際に、前記マイクロスイッチがオンするようにトリガーされて、これにより、前記第１のスイッチＱ１がオンにされて前記第１の抵抗Ｒ１を加熱し、前記ヒューズ３１０が溶断されて前記電気コアユニット２００を保護する。
なお、前記感知スイッチユニット３２は、他の温度スイッチの特性に似た部品や機械方式の部品に置き換えられてもよい。例えば、前記感知スイッチユニット３２は、前記電気コアユニット２００の熱膨張の幅を検知するための変位感知スイッチであってもよい。検出された振幅が予め設定された幅を超えると、前記変位感知スイッチがオンになるようにトリガーされ、これにより、前記第１のスイッチＱ１がオンになって前記第１の抵抗Ｒ１を加熱し、前記ヒューズ３１０が溶断されて前記電気コアユニット２００を保護する。
一実施形態において、前記外付けポート５００の正極は、充電器（図示せず）の正極と電気的に接続されてもよく、前記外付けポート５００の負極は、前記充電器の負極と電気的に接続されてもよい。
一実施形態において、前記電池保護回路３００は、図２に示すように、第３の保護ユニット３３をさらに備える。前記第３の保護ユニット３３は、前記電気コアユニット２００と前記第２の保護ユニット３１との間に電気的に接続されている。前記第１の保護ユニット３０が前記給電回路を遮断しておらず、且つ前記第３の保護ユニット３３が前記第２の保護ユニット３１をトリガーせず、前記感知スイッチユニット３２がオンにされると、前記第２の保護ユニット３１が前記電気コアユニット２００を保護するようにトリガーされる。前記第３の保護ユニット３３は、前記第１の保護ユニット３０と組み合わせて電気コアユニット２００における各電気コアユニットを二重保護するための複数の第２の保護チップを含む。
一実施形態において、前記第１の保護ユニット３０が失効し、且つ前記第３の保護ユニット３３がトリガーされると、前記第２の保護ユニット３１をトリガーとして前記電気コアユニット２００を保護するべく駆動信号を前記第２の保護ユニット３１に出力してもよい。前記第１の保護ユニット３０が失効し、且つ前記第３の保護ユニット３３も失陥した場合、前記感知スイッチユニット３２により、前記第２の保護ユニット３１をトリガーして、前記電気コアユニット２００を保護することができる。
なお、前記第１の保護ユニット３０の失効は、前記電気コアユニット２００のパラメータが第１の予め設定されたパラメータよりも大きいか若しくは等しい場合、前記第１の保護ユニット３０は前記給電回路を遮断しないこと（例えば、第２のスイッチＱ２又は第３のスイッチＱ３を遮断する）を意味する。前記電気コアユニット２００のパラメータは、電流、電圧又は温度であってもよい。前記パラメータが温度である場合、前記第１の保護ユニット３０に対応する設定温度は、前記感知スイッチユニット３２がトリガーされる時の温度よりも低いことが分かる。例えば、前記第１の保護ユニット３０に対応する第１の設定温度は５０℃であり、前記感知スイッチユニット３２がトリガーされる時の温度は、前記電気コアユニット２００が耐えられる最高の温度（例えば７０℃）である。
なお、前記第３の保護ユニット３３の失効は、前記電気コアユニット２００のパラメータが第２の予め設定されたパラメータよりも大きいか若しくは等しいである場合、前記第１の保護ユニット３０は前記第２の保護ユニット３１をトリガーしないことを意味する。前記第２の予め設定されたパラメータは、前記第１の予め設定されたパラメータよりも大きく、且つ前記感知スイッチユニット３２がトリガーされたときの閾値よりも小さい。
例えば、前記電気コアユニット２００の電圧が予め設定された電圧を超え、且つ前記第１の保護ユニット３０をトリガーする電圧閾値に達した場合、前記第１の保護ユニット３０をトリガーして前記電気コアユニット２００を保護することができる。
前記電気コアユニット２００の電圧が予め設定された電圧を超え且つ前記第１の保護ユニット３０をトリガーする電圧閾値に達したが、前記第１の保護ユニット３０が失効すると、前記電気コアユニット２００の電圧が前記第３の保護ユニット３３をトリガーする電圧閾値に達しているか否かを確認し、前記電気コアユニット２００の電圧が前記第３の保護ユニット３３をトリガーする電圧閾値に達していれば、前記第２の保護ユニット３１に駆動信号を出力するように前記第３の保護ユニット３３をトリガーして、前記第２の保護ユニット３１が前記電気コアユニット２００を保護するように制御することができる。
前記電気コアユニット２００の電圧が予め設定された電圧を超え且つ前記第１の保護ユニット３０をトリガーする電圧閾値に達したが、前記第１の保護ユニット３０が失効すると、前記電気コアユニット２００の電圧が前記第３の保護ユニット３３をトリガーする電圧閾値に達しているか否かを確認し、前記電気コアユニット２００の電圧が前記第３の保護ユニット３３をトリガーする電圧閾値に達しているが、前記第３の保護ユニット３３が失効すると、前記感知スイッチユニット３２がトリガーされてオンになった後に、前記第２の保護ユニット３１に駆動信号を出力して、前記第２の保護ユニット３１が前記電気コアユニット２００を保護するように制御する。
図３に示すように、図３は、本願の第１の実施形態による電池保護回路３００の回路図である。
本実施形態において、前記第１の保護ユニット３０は、３つの第１の保護チップを備えることを例として説明する。各第１の保護チップには、４つの電気コアが接続されている。例えば、前記第１の保護ユニット３０は、第１の保護チップＩＣ１と、第１の保護チップＩＣ２と、第１の保護チップＩＣ３と、第２の抵抗Ｒ２、第３の抵抗Ｒ３…第７の抵抗Ｒ７とを含む。前記電気コアユニット２００は、第１の電気コアＢ１、第２の電気コアＢ２…第１２の電気コアＢ１２を備える。一実施形態において、前記第１の保護チップＩＣ１は、前記第１～第４の電気コアＢ１～Ｂ４に接続されて、前記第１～第４の電気コアＢ１～Ｂ４を保護する。例えば、前記第２の抵抗Ｒ２の一端は、前記第１の電気コアＢ１の正極に接続され、前記第２の抵抗Ｒ２の他端は、前記第１の電気コアＢ１の負極に接続される。前記第２の抵抗Ｒ２の一端は、さらに前記第１の保護チップＩＣ１の第１のピンＣＶ０に接続され、前記第２の抵抗Ｒ２の他端は、さらに前記第１の保護チップＩＣ１の第２のピンＣＶ１に接続される。第５の抵抗Ｒ５の一端は前記第４の電気コアＢ４の正極に接続され、前記第５の抵抗Ｒ５の他端は前記第４の電気コアＢ４の負極に接続されている。前記第５の抵抗Ｒ５の一端は第１の保護チップＩＣ１の第３のピンＣＶ３にも接続され、前記第５の抵抗Ｒ５の他端は前記第１の保護チップＩＣ１の第４のピンＣＶ４にも接続されている。
なお、このように類推すると、前記第１の保護チップＩＣ２は、前記第５の電気コアＢ５～第８の電気コアＢ８を接続して、前記第５の電気コアＢ５～第８の電気コアＢ８を保護する。前記第１の保護チップＩＣ３は、前記第９の電気コアＢ９～第１２の電気コアＢ１２を接続して、前記第９の電気コアＢ９～第１２の電気コアＢ１２を保護する。具体的接続方式は、前記第１の保護チップＩＣ１が前記第１の電気コアＢ１～第４の電気コアＢ４を接続する接続方式と類似するものであり、ここで詳しい説明を省略する。なお、前記第１の保護ユニット３０は、Ｎ個の第１の保護チップを含んでいてもよく、本願は第１の保護チップの数を限定しない。
前記第１の保護ユニット３０は、第２のスイッチＱ２、第３のスイッチＱ３及び抵抗Ｒ０をさらに含む。前記抵抗Ｒ０は、給電回路の電流、即ち前記電気コアユニット２００に流れる電流を採取するためのものである。本実施形態において、前記抵抗Ｒ０の一端は前記第１の電気コアＢ１の負極に接続され、前記抵抗Ｒ０の他端は前記第２のスイッチＱ２に接続されている。前記抵抗Ｒ０の一端には、さらに、前記第１の保護チップＩＣ１のＳＲＰピンが接続され、前記抵抗Ｒ０の他端には、さらに、前記第１の保護チップＩＣ１のＳＲＮピンが接続されている。前記第１の保護チップＩＣ１は、前記抵抗Ｒ０の電圧を検出することで、前記電圧と抵抗Ｒ０の抵抗値とから、前記電気コアユニット２００に流れる電流を算出することができる。
前記第２のスイッチＱ２の第１端は、前記第１の保護チップＩＣ１の放電ピンＤＳＧに接続され、前記第２のスイッチＱ２の第２端は、前記抵抗Ｒ０に接続され、前記第２のスイッチＱ２の第３端は、前記第３のスイッチＱ３の第２端に接続され、前記第３のスイッチＱ３の第１端は、前記第１の保護チップＩＣ１の充電ピンＣＨＧに接続され、前記第３のスイッチＱ３の第３端は、前記第２のスイッチＱ２の第３端に接続され、前記第３のスイッチＱ３の第２端は、前記外付けポート５００の負極に接続される。
前記第２のスイッチＱ２及び前記第３のスイッチＱ３は、Ｎ型電界効果トランジスタであってもよい。前記第２のスイッチＱ２及び前記第３のスイッチＱ３の第１端、第２端及び第３端は、それぞれ前記Ｎ型電界効果トランジスタのゲート、ソース及びドレインに対応する。
本実施形態において、前記第１の保護チップＩＣ１と第１の保護チップＩＣ２と第１の保護チップＩＣ３とがカスケード接続されることで、第２のスイッチＱ２及び第３のスイッチＱ３を制御することにより、給電回路の導通／遮断を制御することができる。具体的には、前記第１の保護チップＩＣ３の充電ピンＣＨＧは、第１の保護チップＩＣ２の充電イネーブルピンＣＴＲＣと接続し、前記第１の保護チップＩＣ３の放電ピンＤＳＧは、第１の保護チップＩＣ２の放電イネーブルピンＣＴＲＤと接続し、前記第１の保護チップＩＣ２の充電ピンＣＨＧは、第１の保護チップＩＣ１の充電イネーブルピンＣＴＲＣと接続し、前記第１の保護チップＩＣ２の放電ピンＤＳＧは、第１の保護チップＩＣ１の放電イネーブルピンＣＴＲＤと接続し、前記第１の保護チップＩＣ１の充電ピンＣＨＧは、前記第３のスイッチＱ３に接続され、前記第１の保護チップＩＣ１の放電ピンＤＳＧは、前記第２のスイッチＱ２に接続される。第１の保護チップＩＣ１～第１の保護チップＩＣ３のうちの何れかが電気コアユニット２００に過充電又は過放電の状況が発生したことを検出すると、前記充電イネーブルピンＣＴＲＣ又は放電イネーブルピンＣＴＲＤによって前記充電ピンＣＨＧ又は放電ピンＤＳＧに駆動信号を出力させて、前記第２のスイッチＱ２又は第３のスイッチＱ３がオフするように制御して、電気コアユニット２００を保護する目的を実現する。
正常の使用状態では、前記感知スイッチユニット３２がオフ状態にあり、第２の保護ユニット３１におけるヒューズ３１０の第２端が前記第１のスイッチＱ１の第２端に接続され、給電回路が正常的に作動する。前記給電回路における第１の保護ユニット３０が失効すると、前記第１の保護ユニット３０は、前記給電回路を遮断するために、前記第２のスイッチＱ２又は第３のスイッチＱ３をオフさせていない。前記電気コアユニット２００は、過電圧または低電圧により異常が発生する場合（例えば、電気コアの温度が閾値まで上昇したり、電気コアが熱膨張したり、電気コアが熱により押し出されたりする）、前記感知スイッチユニット３２をオンさせるようにトリガーする。これにより、前記第１のスイッチＱ１がトリガーされてオンするようになって、前記第１の抵抗を加熱し、前記ヒューズが溶断されて、前記給電回路を遮断し、継続的な充電又は放電を避けて電気コアユニット２００の発火や爆発を防止する。
一実施形態において、電池管理システム４００は、予め設定された電流で放電するように電気コアユニット２００を制御する場合（例えば３Ｃ～６Ｃの電流で継続的に放電する）、ヒューズ３１０は溶断できない。即ち、電池管理システム４００は、前記ヒューズ３１０に近い定格電流で前記電気コアユニット２００を継続的に放電させるように制御する。継続的な高倍率の放電により、電気コアユニット２００に異常が発生し（例えば、電気コアの温度が感知スイッチユニットに耐えられる温度閾値まで上昇し、又は電気コアの熱膨張の幅が幅閾値を超え、又は電気コアの熱により押圧される圧力が圧力閾値より大きい）、前記感知スイッチユニット３２がトリガーされてオンになる。これにより、前記第１のスイッチＱ１がオンするようにトリガーして、前記第１の抵抗Ｒ１を加熱し、前記ヒューズ３１０を溶断して、電気コアユニット２００が放電を継続することによる発火や爆発などの危険事故を回避する。一実施形態において、前記ヒューズ３１０の定格電流と前記予め設定された電流との差分は、電流閾値よりも小さいか若しくは等しい。
図４に示すように、図４は、本願の第２の実施形態による電池保護回路３００の回路図である。
本実施形態の電池保護回路３００は、第１の実施形態の電池保護回路３００と以下の点で相違している。
一実施形態において、前記電池保護回路３００は、第３の保護ユニット３３をさらに備える。前記第３の保護ユニット３３は、前記電気コアユニット２００と前記第２の保護ユニット３１との間に電気的に接続されている。前記第３の保護ユニット３３は、前記第１の保護ユニット３０と組み合わせて電気コアユニット２００の各電気コアユニットを二重保護するための複数の第２の保護チップを含む。
例えば、前記第３の保護ユニット３３が、３つの第２の保護チップを含むことを例として説明する。各第２の保護チップには、４つの電気コアが接続されている。前記第３の保護ユニット３３は、第２の保護チップＩＣ１’、第２の保護チップＩＣ２’、第２の保護チップＩＣ３’、抵抗Ｒ１’、抵抗Ｒ２’…、及び抵抗Ｒ７’を備えている。一実施形態において、前記第２の保護チップＩＣ１’は、前記第１の電気コアＢ１～第４の電気コアＢ４を接続して、前記第１の電気コアＢ１～第４の電気コアＢ４を二次保護する。例えば、前記第２の保護チップＩＣ１’の第１ピンＶＳＳが前記第１の電気コアＢ１の負極に接続され、前記第２の保護チップＩＣ１’の第２ピンＶ１が前記第１の電気コアＢ１の正極に抵抗Ｒ１’を介して接続され、前記第２の保護チップＩＣ１’の第３のピンＶ４と第４のピンＶ５とが接続された後に、抵抗Ｒ２’を介して前記第４の電気コアＢ４の正極に接続される。
なお、このように類推すると、前記第２の保護チップＩＣ２’は、前記第５の電気コアＢ５～第８の電気コアＢ８を接続して、前記第５の電気コアＢ５～第８の電気コアＢ８を保護する。前記第２の保護チップＩＣ３’は、前記第９の電気コアＢ９～第１２の電気コアＢ１２を接続して、前記第９の電気コアＢ９～第１２の電気コアＢ１２を保護する。具体的接続方式は、前記第２の保護チップＩＣ１’が前記第１の電気コアＢ１～第４の電気コアＢ４を接続する接続方式と類似しているので、ここで詳しい説明を省略する。なお、前記第３の保護ユニット３３は、Ｎ個の第２の保護チップを含んでいてもよく、本願は第２の保護チップの数を限定しない。
本実施形態において、前記第２の保護チップＩＣ１’の出力ピンＯＵＴと、第２の保護チップＩＣ２’の出力ピンＯＵＴと、第２の保護チップＩＣ３’の出力ピンＯＵＴとが接続された後に、前記第１のスイッチＱ１の第１端（例えば、Ｆ１－Ｃ）に接続される。前記第１の保護ユニット３０（即ち、第１の保護チップＩＣ１～ＩＣ３）が失効すると、前記電気コアユニット２００は過充電又は過放電が起こり、前記第３の保護ユニット３３を介して前記第１のスイッチＱ１に駆動信号を出力して、前記第１のスイッチＱ１をオンさせるように駆動する。これにより、前記第１の抵抗Ｒ１が加熱されて、前記ヒューズ３１０が溶断されて、前記電気コアユニット２００の継続的な充電又は放電による発火や爆発等の事故を防止することができる。
正常の使用状態では、前記感知スイッチユニット３２がオフ状態にあり、給電回路が正常に作動する。一方、第１の保護ユニット３０及び第３の保護ユニット３３がいずれも故障した場合に、即ち、前記第１の保護ユニット３０が前記給電回路を遮断するように前記第２のスイッチＱ２又は第３のスイッチＱ３をオフさせず、且つ、前記第３の保護ユニット３３が前記第２の保護ユニット３１をトリガーしていない場合には、前記電気コアユニット２００は、過電圧または低電圧により異常が発生する（例えば、電気コアの温度が感知スイッチユニットに耐えられる温度閾値まで上昇し、又は電気コアの熱膨張の幅が幅閾値を超え、又は電気コアの熱により押圧される圧力が圧力閾値より大きい）場合、前記感知スイッチユニット３２をオンさせるようにトリガーする。これにより、前記第１のスイッチＱ１がトリガーされてオンするようになって、前記第１の抵抗を加熱し、前記ヒューズが溶断されて、前記電気コアユニット２００を保護して、発火や爆発などの事故を防止する。
同様に、電池管理システム４００が、予め設定された電流で放電するように前記電気コアユニット２００を制御する場合、例えば３Ｃ～６Ｃの電流で放電し続け、ヒューズが溶断できない。即ち、電池管理システム４００は、前記ヒューズ３１０の定格電流に近い電流で継続的に放電し、前記ヒューズ３１０の定格電流と前記予め設定された電流との差分が、電流閾値よりも小さいか若しくは等しい。継続的な高倍率の放電により、電気コアユニット２００に異常が発生し（例えば、電気コアの温度が感知スイッチユニットに耐えられる温度閾値まで上昇し、又は電気コアの熱膨張の幅が幅閾値を超え、又は電気コアの熱により押圧される圧力が圧力閾値より大きい）、前記感知スイッチユニット３２がトリガーされてオンになる。これにより、前記第１のスイッチＱ１がオンにされて前記第１の抵抗Ｒ１を加熱し、前記ヒューズ３１０が溶断され、電気コアユニット２００が継続的に放電することによる発火や爆発などの危険事故が避けられる。
図５に示すように、図５は、本願の一実施形態による電池装置の制御方法のフローチャートである。前記電池装置の制御方法は、以下のステップを含んでもよい。
ステップＳ１では、前記感知スイッチユニットがトリガーされてオンになり、且つ、前記第１の保護ユニットが前記給電回路を導通している場合、前記第２保護ユニットを制御して前記電気コアユニットを保護する。
本実施形態において、前記電池装置１００は、電気コアユニット２００と、電気コアユニット２００に電気的に接続された電池保護回路３００と、を備え、前記電池保護回路３００は、電気コアユニット２００と外付けポート５００との間に電気的に接続されて、給電回路を形成する。前記電池保護回路３００は、第１の保護ユニット３０、第２の保護ユニット３１、及び感知スイッチユニット３２を備える。
正常の使用状態では、前記感知スイッチユニット３２がオフ状態にあり、第２の保護ユニット３１におけるヒューズ３１０の第２端が前記第１のスイッチＱ１の第２端に接続され、給電回路が正常に作動する。前記給電回路における第１の保護ユニット３０が失効した場合、前記第１の保護ユニット３０が前記給電回路を遮断するために前記第２のスイッチＱ２又は第３のスイッチＱ３をオフさせていない。前記電気コアユニット２００は、過電圧又は電圧不足により異常が発生し（例えば、電気コアの温度が閾値まで上昇したり、電気コアが熱膨張したり、電気コアユニットが熱により押し出される）、感知スイッチユニット３２がトリガーされてオンになって、前記第２の保護ユニットを制御して前記電気コアユニットを保護する。即ち、前記第２保護ユニットにおける前記第１のスイッチＱ１がオンするようにトリガーされて前記第１の抵抗を加熱し、前記ヒューズが溶断されて前記給電回路を遮断し、継続的に充電又は放電することを回避し、電気コアユニット２００の発火又は爆発を防止する。
ステップＳ２では、前記感知スイッチユニット３２がトリガーされてオンになる場合、前記第１の保護ユニット３０が前記給電回路を遮断しておらず、且つ、前記第３の保護ユニット３３が前記第２の保護ユニット３１をトリガーしていない場合、前記第２の保護ユニット３１が前記電気コアユニットを保護するように制御する。
正常の使用状態では、前記感知スイッチユニット３２がオフ状態にあり、給電回路が正常に作動する。一方、第１の保護ユニット３０及び第３の保護ユニット３３がいずれも故障した場合に、即ち、前記第１の保護ユニット３０が前記給電回路を遮断するように前記第２のスイッチＱ２又は第３のスイッチＱ３をオフさせず、且つ、前記第３の保護ユニット３３が前記第２の保護ユニット３１をトリガーしていない場合には、前記電気コアユニット２００は、過電圧または低電圧により異常が発生する（例えば、電気コアの温度が感知スイッチユニットに耐えられる温度閾値まで上昇し、又は電気コアの熱膨張の幅が幅閾値を超え、又は電気コアの熱により押圧される圧力が圧力閾値より大きい）場合、前記感知スイッチユニット３２をオンさせるようにトリガーする。これにより、前記第１のスイッチＱ１がトリガーされてオンするようになって、前記第１の抵抗を加熱し、前記ヒューズ３１０が溶断されて前記電気コアユニット２００を保護して、発火や爆発などの事故を防止する。
一実施形態において、前記方法は、前記電池管理システム４００が、予め設定された電流で放電を行うように前記電気コアユニット２００を制御する際に、前記感知スイッチユニット３２がオンにされると、前記第２の保護ユニット３１による前記電気コアニットの保護をトリガーすることをさらに含む。
一実施形態において、電池管理システム４００は、予め設定された電流で放電するように電気コアユニット２００を制御する場合（例えば３Ｃ～６Ｃの電流で継続的に放電する）、ヒューズ３１０は溶断できない。即ち、電池管理システム４００は、前記ヒューズ３１０に近い定格電流で前記電気コアユニット２００を継続的に放電させるように制御する。継続的な高倍率の放電により、電気コアユニット２００に異常が発生し（例えば、電気コアの温度が感知スイッチユニットに耐えられる温度閾値まで上昇し、又は電気コアの熱膨張の幅が幅閾値を超え、又は電気コアの熱により押圧される圧力が圧力閾値より大きい）、前記感知スイッチユニット３２がトリガーされてオンになる。これにより、前記第１のスイッチＱ１がオンするようにトリガーして、前記第１の抵抗Ｒ１を加熱し、前記ヒューズ３１０を溶断して、電気コアユニット２００が放電を継続することによる発火や爆発などの危険事故を回避する。一実施形態において、前記ヒューズ３１０の定格電流と前記予め設定された電流との差分は、電流閾値よりも小さいか若しくは等しい。
上記の実施形態に係る電池保護回路３００、及び前記電池保護回路３００を備える電池管理システム４００は、前記電気コアユニット２００の所定位置に、前記第２の保護ユニット３１と電気的に接続される前記感知スイッチユニット３２を設けることによって、前記第１の保護ユニット３０が前記第２の保護ユニット３１をトリガーせず、前記感知スイッチユニット３２がトリガーされてオンにされると、前記第２の保護ユニット３１を制御して前記電気コアユニット２００を保護する。本願発明は、電池管理システム４００が一点失効した場合に、過充電、過放電又はヒューズ３１０の定格電流に近い電流で高倍率放電することによって、電気コアユニット２００が発火して爆発する事故を有効に回避することができる。本願が提供する電池保護回路３００は、安全性が高く、応用範囲が広く、コストが低いなどの利点を有する。
当業者は、以上の実施形態は、本願の技術提案を説明するのみに用いられ、本願を制限するものではなく、本願の実質的精神範囲内である限り、以上の実施形態を適当に修正する又は均等に置換することで得られたものも、本願の保護範囲内に属されると理解するべきである。
１００ 電池装置
２００ 電気コアユニット
３００ 電池保護回路
４００ 電池管理システム
５００ 外付けポート
３０ 第１の保護ユニット
３１ 第２の保護ユニット
３２ 感知スイッチユニット
３３ 第３の保護ユニット
Ｒ１ 第１の抵抗
Ｒ０、Ｒ１’～Ｒ７’ 抵抗
３１０ ヒューズ
Ｑ１ 第１のスイッチ
Ｑ２ 第２のスイッチ
Ｑ３ 第３のスイッチ
ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３ 第１の保護チップ
ＩＣ１’、ＩＣ２’、ＩＣ３’ 第２の保護チップ
Ｒ２～Ｒ７ 第２の抵抗乃至第７の抵抗
Ｂ１～Ｂ１２ 第１の電気コア乃至第１２の電気コア
ＣＶ０、ＶＳＳ 第１のピン
ＣＶ１、Ｖ１ 第２のピン
ＣＶ２、Ｖ４ 第３のピン
ＣＶ３、Ｖ５ 第４のピン
ＣＨＧ 充電ピン
ＤＳＧ 放電ピン
ＣＴＲＣ 充電イネーブルピン
ＣＴＲＤ 放電イネーブルピン
ОＵＴ 出力ピン

Claims (14)

  1. 電池保護回路であって、
    電気コアユニットと外付けポートとの間に電気的に接続されて給電回路を形成し、第１の保護ユニットと、第２の保護ユニットと、感知スイッチユニットと、を備え、
    前記第１の保護ユニットは、電気コアユニットと第２の保護ユニットとの間に電気的に接続され、
    前記感知スイッチユニットは、前記電気コアユニットの所定位置に配置され、且つ前記第２の保護ユニットと電気的に接続され、
    前記感知スイッチユニットがオンになるようにトリガーされて、且つ、前記第１の保護ユニットが前記給電回路を導通する場合、前記電気コアユニットを保護するように前記第２の保護ユニットを制御することを特徴とする電池保護回路。
  2. 前記第２の保護ユニットは、ヒューズと、第１の抵抗と、第１のスイッチと、を備え、前記ヒューズの第１端は前記電気コアユニットの正極に接続され、前記ヒューズの第２端は前記第１の抵抗を介して前記第１のスイッチの第２端に接続され、前記ヒューズの第３端は前記外付けポートの正極に接続され、前記第１のスイッチの第１端は前記感知スイッチユニットに電気的に接続され、前記第１のスイッチの第２端は接地され、前記第１のスイッチの第３端は前記ヒューズの第２端に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電池保護回路。
  3. 前記感知スイッチユニットは、温度スイッチであり、前記電気コアユニットの温度が予め設定された温度を超えていると検知すると、前記温度スイッチはオンになるようにトリガーされ、これにより、前記第１のスイッチがオンされて前記第１の抵抗を加熱し、前記ヒューズが溶断されて前記電気コアユニットを保護することを特徴とする請求項２に記載の電池保護回路。
  4. 前記感知スイッチユニットは、マイクロスイッチであり、前記電気コアユニットが熱膨張により押し出されると、前記マイクロスイッチがオンになり、これにより、前記第１のスイッチがオンになるようにトリガーされて、前記第１の抵抗を加熱し、前記ヒューズが溶断されて前記電気コアユニットを保護することを特徴とする請求項２に記載の電池保護回路。
  5. 前記電池保護回路は、前記電気コアユニットと前記第２の保護ユニットとの間に電気的に接続された第３の保護ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電池保護回路。
  6. 前記感知スイッチユニットがオンになるようにトリガーされ、前記第１の保護ユニットが前記給電回路を導通し、且つ、前記第３の保護ユニットが前記第２の保護ユニットをトリガーしない場合に、前記電気コアユニットを保護するように前記第２の保護ユニットを制御することを特徴とする請求項５に記載の電池保護回路。
  7. 請求項１～６の何れか一項に記載の前記電池保護回路を備えることを特徴とする電池管理システム。
  8. 前記電池管理システムは前記電気コアユニットが予め設定された電流で放電するように制御する時に、前記感知スイッチユニットがオンされると、前記第２の保護ユニットをトリガーして前記電気コアユニットを保護することを特徴とする請求項７に記載の電池保護回路。
  9. 前記第２の保護ユニットは、ヒューズを含み、前記ヒューズの定格電流と前記予め設定された電流との差分が電流閾値よりも小さいか若しくは等しいことを特徴とする請求項８に記載の電池保護回路。
  10. 電気コアユニットを備える電池装置であって、
    前記電池装置は、請求項１～６の何れか一項に記載の前記電池保護回路をさらに備え、前記電池保護回路は、前記電気コアユニットを保護するために用いられることを特徴とする電池装置。
  11. 電池装置の制御方法であって、前記電池装置は、電気コアユニット及び前記電気コアユニットと電気的に接続された電池保護回路を備え、
    前記電池保護回路は、前記電気コアユニットと外付けポートとの間に電気的に接続されて給電回路を形成し、前記電池保護回路は、第１の保護ユニット、第２の保護ユニット及び感知スイッチユニットを含み、
    前記制御方法は、前記感知スイッチユニットがオンになるようにトリガーされ、且つ、前記第１の保護ユニットが前記給電回路を導通した場合、前記電気コアユニットを保護するように前記第２の保護ユニットを制御することを含むことを特徴とする電池装置の制御方法。
  12. 前記電池保護回路は、前記電気コアユニットと前記第２の保護ユニットとの間に電気的に接続された第３の保護ユニットをさらに備え、前記制御方法は、前記感知スイッチユニットがオンになるようにトリガーされ、前記第１の保護ユニットが前記給電回路を導通し、且つ、前記第３の保護ユニットが前記第２の保護ユニットをトリガーしない場合、前記電気コアユニットを保護するように前記第２の保護ユニットを制御することをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の電池装置の制御方法。
  13. 前記電池装置は、電池管理システムを含み、前記制御方法は、前記電池管理システムは前記電気コアユニットが予め設定された電流で放電するように制御するときに、前記感知スイッチユニットがオンになるようにトリガーされると、前記電気コアユニットを保護するように前記第２の保護ユニットを制御することをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の電池装置の制御方法。
  14. 前記第２の保護ユニットは、ヒューズを含み、前記ヒューズの定格電流と前記予め設定された電流との差分が電流閾値よりも小さいか若しくは等しいことを特徴とする請求項１３に記載の電池装置の制御方法。
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