JP2023541304A - 逆接防止保護回路、方法、電気化学装置及びエネルギー蓄積システム - Google Patents

Abstract

本願に係る逆接防止保護回路は、第１検出ユニット、第２検出ユニット及び電池管理システムを含む。前記第１検出ユニット及び前記第２検出ユニットは、何れも前記電気化学装置の外付けポートに電気的に接続されて、外付けポートのパラメータを検出するために用いられ、前記外付けポートと外部機器とが電気的に接続される場合に、前記第１検出ユニット及び第２検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータに基づいて前記電池管理システムに第１検出信号及び第２検出信号をそれぞれ出力する。また、本願は、逆接防止保護方法、電気化学装置及びエネルギー蓄積システムをさらに提供する。外付けポートのパラメータを検出し、且つ前記パラメータに基づいて電池管理システムに第１検出信号及び第２検出信号をそれぞれ出力し、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接しているか否かを確定し、コストが低く、安全性能が高く、検出精度が高く、検出範囲が広い等の利点を有し、電池の安全安定性を向上させることができる。

Description

本願は、電池技術分野に関し、特に、逆接防止保護回路、方法、電気化学装置、及び、エネルギー蓄積システムに関する。

太陽光発電インバータは、太陽電池（Ｐｈｏｔｏ ｖｏｌｔａｉｃ cell、ＰＶ cell）が出力する直流エネルギーを電力変換技術により、電気系統と同周波数、同相、同振幅の交流電力に変換し、且つ電気系統に電力を送電することができる。実際の取付過程では、施工者の不適切な操作により、ＰＶ電池パネルの正負極端子を電池と逆接しやすく、電池にダメージを与える。従来では、一般的に、航空プラグ等の構造で出力端子の反転を防止している。しかし、航空プラグは高価であり、且つその接続信頼性が高くない。

これに鑑みて、外付けポートのパラメータを検出することで検出信号を出力し、さらに外付けポートと外部機器とが反接したか否かを確定し、コストが低く、安全性能が高く、検出精度が高く、検出範囲が広い等の利点を有し、電池の安全安定性を著しく向上させることができる逆接防止保護回路、方法、電気化学装置、エネルギー蓄積システムの提供が必要である。

本願の実施形態に係る逆接防止保護回路は、電気化学装置に適用され、且つ第１検出ユニット、第２検出ユニット及び電池管理システムを含む。前記第１検出ユニット及び前記第２検出ユニットは、何れも前記電気化学装置の外付けポート及び前記電池管理システムと電気的に接続され、前記第１検出ユニット及び前記第１検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータを検出するために用いられる。前記外付けポートと外部機器とが電気的に接続される場合に、前記第１検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータに応じて第１検出信号を前記電池管理システムにさらに出力し、前記第２検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータに応じて第２検出信号を前記電池管理システムにさらに出力し、前記電池管理システムは、前記第１検出信号と前記第２検出信号とに基づいて、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接されているか否かを判定する。本願の実施形態によれば、前記第１検出ユニット及び第２検出ユニットにより外付けポートのパラメータをリアルタイムに検出し、且つ第１検出信号及び第２検出信号をそれぞれ電池管理システムに出力することにより、第１検出信号及び第２検出信号に基づいて外付けポートと外部機器とが逆接しているか否かを判定することができ、外付けポートへの逆接問題を精度よく認識でき、コストが安く、安全性能が高く、検出精度が高く、検出範囲が広い等の利点を有し、電池の安全安定性を著しく向上させることができる。

本願の幾つかの態様によれば、前記電池管理システムは、前記第１検出信号の信号値が第１閾値よりも小さく、かつ、前記第２検出信号の信号値が第２閾値よりも大きい場合に、前記外付けポートが前記外部機器と正接していると判定する。前記電池管理システムは、前記第１検出信号の信号値が第３閾値よりも大きく、かつ、前記第２検出信号の信号値が第４閾値よりも小さい場合に、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接していると判定する。ここで、前記第１閾値は、前記第２閾値よりも小さく、前記第３閾値は、前記第４閾値よりも大きい。これにより、前記電池管理システムは、第１検出信号及び第２検出信号に基づいて、外付けポートと外部機器とが逆接したか否かを確定することができ、電池の安全安定性を著しく向上させることができる。

本願の幾つかの態様によれば、前記第１検出ユニットは、増幅器を含み、前記増幅器の第１入力端子は、接地され、前記増幅器の第２入力端子は、第１抵抗を介して前記外付けポートの第１端と電気的に接続されて、前記外付けポートのパラメータを検出し、また、前記増幅器の第２入力端子は、前記増幅器の出力端子と第２抵抗を介して電気的に接続され、前記増幅器の出力端子は、前記電池管理システムと電気的に接続される。前記外付けポートに前記増幅器を接続することにより、前記外付けポートのパラメータを検出し、且つ前記パラメータに基づいて外付けポートと外部機器とが逆接したか否かを判断する。

本願の幾つかの態様によれば、前記第２検出ユニットは、ダイオード、第３抵抗及び第４抵抗を含み、前記第３抵抗の第１端は接地され、前記第３抵抗の第２端は、第４抵抗の第１端に電気的に接続される。前記第４抵抗の第２端は、前記外付けポートの第１端に電気的に接続され、前記第４抵抗の第１端と前記第３抵抗の第２端との間のノードは、前記電池管理システムと電気的に接続され、前記ダイオードのカソードは、前記第４抵抗の第１端と前記第３抵抗の第２端との間のノードと電気的に接続され、前記ダイオードのアノードは接地されている。

本願の幾つかの態様によれば、前記パラメータは、外付けポートの電圧を含み、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接しているときに、前記外付けポートは第１電圧を有し、前記外付けポートと前記外部機器とが正接しているときに、前記外付けポートは第２電圧を有する。

本願の幾つかの態様によれば、前記逆接防止保護回路は、電池セルユニットと前記外付けポートとの電力供給回路に電気的に接続されたスイッチユニットをさらに備え、前記スイッチユニットは、前記電力供給回路のオンまたはオフを制御する。

本願の幾つかの態様によれば、前記電池管理システムは、前記第１検出信号及び前記第２検出信号に基づいて、前記外付けポートと外部機器とが逆接したと判定した場合に、前記スイッチユニットに第１制御信号を出力して、前記スイッチユニットがオフするように駆動し、前記電池管理システムは、前記第１検出信号及び前記第２検出信号に基づいて、前記外付けポートと外部機器とが正接していると判定した場合に、第２制御信号を前記スイッチユニットに出力し、前記スイッチユニットがオンするように駆動する。これにより、前記外付けポートに逆接の問題がある場合、前記電池管理システムは、スイッチユニットをオフさせるように制御し、電池の安全性をタイムリーに保護することができる。また、前記電池管理システムは、前記外付けポートと外部機器とが正接している場合に、スイッチユニットがオンするように制御し、電池を正常的に充放電させることができる。

本願の幾つかの態様によれば、前記電池管理システムは、マイクロ制御ユニットを備え、前記第１検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータに応じて、前記マイクロ制御ユニットの第１ピンに第１検出信号を出力し、前記第２検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータに応じて、前記マイクロ制御ユニットの第２ピンに第２検出信号を出力するように構成されている。

また、本願の実施形態は、電気化学装置に適用される逆接防止保護方法を提供している。前記逆接防止保護方法は、前記電気化学装置の外付けポートに外部機器が接続された際のパラメータを検出し、前記外付けポートと前記外部機器とが電気的に接続される場合に、第１検出ユニット及び第２検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータに応じて、それぞれ第１検出信号及び第２検出信号を電池管理システムに出力する。前記電池管理システムは、前記第１検出信号と前記第２検出信号とに基づいて、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接しているか否かを判断する。従って、本願実施形態おける電池管理システムは、第１検出信号及び第２検出信号に基づいて、外付けポートと外部機器とが逆接しているか否かを判定することができ、外付けポートへの逆接問題を精度よく認識でき、コストが低く、安全性能が高く、検出精度が高く、検出範囲が広い等の利点を有し、電池の安全安定性を著しく向上させることができる。

本願の幾つかの態様によれば、前記電池管理システムは、前記第１検出信号の信号値が第１閾値よりも小さく、かつ、前記第２検出信号の信号値が第２閾値よりも大きい場合に、前記外付けポートが前記外部機器と正接していると判定する。前記電池管理システムは、前記第１検出信号の信号値が第３閾値よりも大きく、かつ、前記第２検出信号の信号値が第４閾値よりも小さい場合に、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接していると判定する。ここで、前記第１閾値は、前記第２閾値よりも小さく、前記第３閾値は、前記第４閾値よりも大きい。

本願幾つかの態様によれば、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接していると判定された場合、前記電池管理システムは、スイッチユニットに第１制御信号を出力して、前記スイッチユニットがオフするように駆動し、ここで、前記スイッチユニットは、電池セルユニットと前記外付けポートとの電力供給回路に電気的に接続され、前記スイッチユニットは、前記電力供給回路のオンまたはオフを制御する。

本願の幾つかの態様によれば、前記電池管理システムは、前記外付けポートと前記外部機器とが正接していると判定された場合、前記スイッチユニットに第２制御信号を出力し、前記スイッチユニットがオンするように駆動する。

本願の幾つかの態様によれば、前記パラメータは、外付けポートの電圧を含み、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接しているときに、前記外付けポートは第１電圧を有し、前記外付けポートと前記外部機器とが正接しているときに、前記外付けポートは第２電圧を有する。

また、本発明の実施形態は、電池セルユニットと、外付けポートと、上記のような逆接防止保護回路と、を備える電気化学装置を提供している。前記スイッチユニットは、前記電池セルユニットと前記外付けポートとの電力供給回路に電気的に接続され、前記スイッチユニットは、前記電力供給回路のオンまたはオフを制御するために用いられる。

また、本発明の実施形態は、エネルギー蓄積インバータと、前記エネルギー蓄積インバータに電気的に接続された前記電気化学装置とを備えるエネルギー蓄積システムを提供する。

本願の幾つかの態様によれば、前記エネルギー蓄積システムは、前記エネルギー蓄積インバータと電気的に接続された太陽光発電モジュールをさらに備える。

本願の実施形態に係る逆接防止保護回路、方法、電気化学装置及びエネルギー蓄積システムは、外付けポートのパラメータを検出することで逆接の問題の有無を判定し、且つ外付けポートと外部機器とが逆接したときに検出信号を電池管理システムに出力する。これにより、本願の実施形態が提供する逆接保護回路、方法及び電気化学装置は、コストが低く、安全性能が高く、検出精度が高く、検出範囲が広く、電池の安全安定性を著しく向上させることができる。

本願の一実施形態による電気化学装置のブロック図である。 図１における充電器検出回路の好適な実施形態の回路図である。 本願の一実施形態による充電器検出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、あらゆる実施例ではなく、本願の一部の実施例に過ぎないことは明らかである。

図１に示すように、図１は、本願の好適な実施形態による電気化学装置１００のブロック図である。前記電気化学装置１００は、外部機器２００と電気的に接続されることが可能である。

前記電気化学装置１００は、逆接防止保護回路１０、電池セルユニット２０及び外付けポート３０を備えている。本願の実施形態において、前記外付けポート３０は、前記外部機器２００と電気的に接続するためのものである。前記逆接防止保護回路１０は、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが正接または逆接していることを検出及び認識するために、前記外付けポート３０に電気的に接続されている。

本願実施形態における前記外部機器２００は、太陽光発電（ｐｈｏｔｏ ｖｏｌｔａｉｃ，ＰＶ）モジュール２１０及びエネルギー蓄積インバータ（ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）２２０を含んでもよく、前記太陽光発電モジュール２１０は、前記エネルギー蓄積インバータ２２０に電気的に接続されている。

本願の実施形態において、前記逆接防止保護回路１０は、第１検出ユニット１２、第２検出ユニット１４、電池管理システム（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ，ＢＭＳ）１６、及びスイッチユニット１８を備える。

具体的には、前記第１検出ユニット１２及び前記第２検出ユニット１４は、いずれも前記電気化学装置１００の外付けポート３０及び前記電池管理システム１６に電気的に接続するためのものであり、これにより、前記第１検出ユニット１２及び第２検出ユニット１４は、前記外付けポート３０が前記外部機器２００に電気的に接続されたときに前記外付けポート３０のパラメータを検出することができる。

なお、本願の実施形態において、前記外付けポート３０のパラメータは、電圧値であることが可能である。

本願の幾つかの態様において、前記外付けポート３０が前記外部機器３００と電気的に接続されている場合に、前記第１検出ユニット１２は、前記外付けポート３０のパラメータに基づいて、第１検知信号を前記電池管理システム１６に出力することができる。前記第２検出ユニット１４は、前記外付けポート３０のパラメータに基づいて、第２検出信号を前記電池管理システム１６に出力することができる。

従って、本願の実施形態における前記電池管理システム１６は、前記第１検出信号と前記第２検出信号とに基づいて、前記外付けポート３０が前記外部機器２００と逆接しているか否かを判断することができる。

具体的には、前記電気化学装置１００の外付けポート３０が前記外部機器２００と電気的に接続される場合に、前記第１検出ユニット１２及び前記第２検出ユニット１４は、前記外付けポート３０のパラメータを検出し、このとき、前記第１検出ユニット１２は、前記外付けポート３０の逆接電圧を反比例に縮小して、且つ演算処理後の信号を前記電池管理システム１６に転送し、即ち、前記第１検出ユニット１２は、前記外付けポート３０のパラメータに基づいて、第１検出信号を前記電池管理システム１６に出力することができる。また、前記第２検出ユニット１４は、前記外付けポート３０のパラメータに基づいて、第２検出信号を前記電池管理システム１６に出力することもできる。このとき、前記第１検出信号の信号値が第１閾値よりも大きく、且つ、前記第２検出信号の信号値が第２閾値よりも小さい場合に、前記電池管理システム１６は、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが逆接していると判定する。前記第１検出信号の信号値が第１閾値よりも小さく、且つ、前記第２検出信号の信号値が第２閾値よりも大きい場合に、前記電池管理システム１６は、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが正接していると判定する。

前記スイッチユニット１８は、前記電池セルユニット２０と前記外付けポート３０との給電回路に電気的に接続されて、前記給電回路のオンまたはオフを制御する。

具体的には、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが逆接している場合に、前記電池管理システム１６は、第１制御信号を前記スイッチユニット１８に出力して、前記スイッチユニット１８がオフされるように駆動する。前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが正接している場合に、前記電池管理システム１６は、第２制御信号を前記スイッチユニット１８に出力して、前記スイッチユニット１８がオンされるように駆動する。これにより、前記逆接防止保護回路１０は、前記外付けポート３０の接続状態に基づいて、対応する前記スイッチユニット１８の状態を制御し、さらに前記電池セルユニット２０の充放電を制御することができる。

本願の実施形態で述べる「正接」とは、前記外付けポート３０の正極端子Ｐ１＋には前記外部機器２００の正極端子Ｐ２＋が電気的に接続され、前記外付けポート３０の負極端子Ｐ１－には前記外部機器２００の負極端子Ｐ２－が電気的に接続されることを意味する。

また、本願の実施形態で述べる「逆接」とは、前記外付けポート３０の正極端子Ｐ１＋には前記外部機器２００の負極端子Ｐ２－が電気的に接続され、前記外付けポート３０の負極端子Ｐ１－には前記外部機器２００の正極端子Ｐ２＋が電気的に接続されることを意味する。

図２に示すように、図２は本願の好適な実施形態による電気化学装置１００の回路図である。

前記電池管理システム１６は、マイクロ制御ユニットＵ１を含んでもよい。ここで、前記マイクロ制御ユニットＵ１は、第１ピン１、第２ピン２、第３ピン３及び第４ピン４を含んでもよい。

本願の実施形態において、前記第１検出ユニット１２は、増幅器Ｕ２及び７つの抵抗Ｒ１－Ｒ７を含む。

前記増幅器Ｕ２の第２入力端子は、順次に４つの抵抗Ｒ１～Ｒ４を介して、前記外付けポート３０の正極端子Ｐ１＋と電気的に接続されて、前記外付けポート３０のパラメータを検出する。前記増幅器Ｕ２の第２入力端子は、抵抗Ｒ５を介して、さらに前記増幅器Ｕ２の出力端子に電気的に接続される。前記増幅器Ｕ２の出力端子は、前記マイクロ制御ユニットＵ１の第１ピン１に電気的に接続され、前記増幅器Ｕ２の出力端子は、抵抗Ｒ６を介してさらに接地されている。前記増幅器Ｕ２の第２入力端子は、抵抗Ｒ７を介して接地されている。前記増幅器Ｕ２の電源端子は電源Ｖ１に電気的に接続され、前記増幅器Ｕ２の接地端子は接地されている。

本願の実施形態において、前記第２検出ユニット１４は、５つの抵抗Ｒ８～Ｒ１２と、コンデンサーＣ１と、ダイオードＤ１と、を含む。

前記抵抗Ｒ８の第１端は接地され、前記抵抗Ｒ８の第２端は、順次に、前記抵抗Ｒ９～Ｒ１１を介して、前記外付けポート３０の正極端子Ｐ１＋に電気的に接続されて、前記外付けポート３０のパラメータを検出する。前記抵抗Ｒ８の第１端と前記抵抗Ｒ９との間のノードは、抵抗Ｒ１２を介して、前記マイクロ制御ユニットＵ１の第２ピン２に電気的に接続される。前記コンデンサーＣ１の第１端は、前記ダイオードのアノードに電気的に接続され、前記コンデンサーＣ１の第２端は、前記抵抗Ｒ８の第１端と前記抵抗Ｒ９との間のノードに電気的に接続される。前記ダイオードＤ１のカソードは、前記抵抗Ｒ１２を介して、前記抵抗Ｒ８の第１端と前記抵抗Ｒ９との間のノードに電気的に接続され、前記ダイオードのアノードは接地されている。これにより、前記ダイオードＤ１は、前記電池管理システム１６及び電池セルユニット２０が前記外付けポート３０に逆接される時に逆電圧によって損害されることを防止することができる。

前記スイッチユニット１８は、第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２を含む。前記第１スイッチＱ１の第１端は、前記マイクロ制御ユニットＵ１の第３ピン３に電気的に接続され、前記第１スイッチＱ１の第２端は、前記電池セルユニット２０の第１端Ｂ＋とヒューズを介して電気的に接続され、第１スイッチＱ１の第３端は、前記外付けポートの正極端子Ｐ１＋と電気的に接続される。前記第２スイッチＱ２の第１端は、前記マイクロ制御ユニットＵ１の第４ピン４と電気的に接続され、前記第２スイッチＱ２の第２端は、前記電池セルユニット２０の第１端Ｂ＋とヒューズを介して電気的に接続され、前記第２スイッチＱ１の第３端は、抵抗Ｒ１３を介して前記外付けポートの正極端子Ｐ１＋と電気的に接続される。前記電池セルユニット２０の第２端Ｂ－は、前記外付けポート３０の負極端子Ｐ１－と電気的に接続される。

本願の実施形態における前記第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２は、ＮＭＯＳ電界効果トランジスタであってもよく、前記第１スイッチＱ１と前記第２スイッチＱ２の第１端、第２端及び第３端は、それぞれ前記ＮＭＯＳ電界効果トランジスタのゲート、ドレイン及びソースであってもよい。他の好適な実施形態において、前記第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２は、他の電子スイッチ、例えばＮＰＮ型トランジスタであってもよい。

本願の実施形態では、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが正接している場合には、例えば、前記外付けポート３０の正極端子Ｐ＋が、負極端子Ｐ－に対して＋５００Ｖであり、前記増幅器Ｕ２の第１入力端子の電圧をＶＩＮ＋と記し、前記増幅器Ｕ２の出力端子の電圧をＶＯと記し、前記増幅器Ｕ２の第２入力端子の電圧をＶＩＮ－と記し、前記抵抗Ｒ１～Ｒ４を流れる電流をＩ１と記し、前記抵抗Ｒ５を流れる電流をＩ２と記し、前記抵抗Ｒ１～Ｒ５の抵抗値をそれぞれＲ１～Ｒ５と記す。

演算増幅器入力の仮想短絡原理（ｖｉｒｔｕａｌ ｓｈｏｒｔ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）によれば、ＶＩＮ＋＝ＶＩＮ－＝０Ｖとなる。これにより、電流Ｉ１＝（５００Ｖ－ＶＩＮ－）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）＝５００Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）となる。

演算増幅器入力の仮想短絡原理によれば、Ｉ１＝Ｉ２となる。

これにより、（ＶＩＮ－（－ＶＯ））／Ｒ５＝５００Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）を得ることができる。即ち、ＶО＝－５００Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）×Ｒ５を導出することができる。

前記増幅器Ｕ２の正電源が給電するため、前記増幅器Ｕ２の出力端子は０Ｖよりも大きいでなければならない。従って、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが正接し、且つ前記外付けポート３０の正極端子Ｐ＋が、負極端子Ｐ－に対して正電圧である場合には、前記増幅器Ｕ２の出力端子が出力する電圧ＶОは０Ｖとなるが、このときの前記増幅器Ｕ２の出力端子の出力電圧は、第１閾値ｋ１よりも小さい。ここで、０Ｖ＜ｋ１＜０．５Ｖ、即ち、前記マイクロ制御ユニットの第１ピン１が受信した検出信号は、０Ｖとなる。

次に、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが正接する場合、例えば、前記外付けポート３０の正極端子Ｐ＋は、負極端子Ｐ－に対して＋５００Ｖであり、前記マイクロ制御ユニットＵ１の第２ピン２の電圧をＶＩと記し、前記抵抗Ｒ８～Ｒ１１の抵抗値をそれぞれＲ８～Ｒ１１と記す。このとき、前記電圧ＶＩ＝５００Ｖ×Ｒ８／（Ｒ８＋Ｒ９＋Ｒ１０＋Ｒ１１））を導き出すことができ、即ち、この時の前記マイクロ制御ユニットＵ１の第２ピン２の電圧ＶＩは、第２閾値ｋ２よりも大きくてもよく、ここで、０Ｖ＜ｋ２＜５Ｖ。即ち、このときの前記マイクロ制御ユニットＵ１の第２ピン２は、電圧値が５００Ｖ×Ｒ８／（Ｒ８＋Ｒ９＋Ｒ１０＋Ｒ１１）である電圧を検出することができる。

従って、前記第１検出信号の信号値が第１閾値ｋ１より小さい、且つ、前記第２検出信号の信号値が第２閾値ｋ２より大きい場合には、前記マイクロ制御ユニットＵ１は、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが正接していると判断する。なお、一代替実施形態として、前記第１閾値ｋ１は、前記第２閾値ｋ２よりも小さくてもよい。

本願の実施形態において、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが逆接する場合、例えば、前記外付けポート３０の正極端子Ｐ＋は、負極端子Ｐ－に対して－５００Ｖである。

演算増幅器入力の仮想短絡原理によれば、ＶＩＮ＋＝ＶＩＮ－＝０Ｖとなる。これにより、電流Ｉ１＝（－５００Ｖ－ＶＩＮ－）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）＝－５００Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４））となる。

演算増幅器入力の仮想短絡原理によれば、Ｉ１＝Ｉ２となる。

これにより、（ＶＩＮ－（－ＶＯ））／Ｒ５＝－５００Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）を得ることができる。即ち、ＶＯ＝５００Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）×Ｒ５を導き出すことができる。

前記増幅器Ｕ２の出力端子の電圧は、５００Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）＊Ｒ５である。従って、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが逆接する場合、前記マイクロ制御ユニットの第１ピン１が受信した電圧は、５００Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）×Ｒ５である。即ち、このときの前記マイクロ制御ユニットＵ１の第２ピン２の電圧ＶＩは、第３閾値ｋ３よりも大きくてもよく、ここで、０Ｖ＜ｋ３＜５Ｖである。次に、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが逆接する場合、例えば、前記外付けポート３０の正極端子Ｐ＋は、負極端子Ｐ－に対して－５００Ｖとなる。このとき、前記マイクロ制御ユニットＵ１の第２ピン２の電圧は０Ｖであるが、このとき、前記増幅器Ｕ２の出力端子の出力電圧は、第４閾値ｋ４より小さくなる。ここで、０Ｖ＜ｋ４＜０．５Ｖである。即ち、このときの前記マイクロ制御ユニットＵ１の第２ピン２は、電圧値が０Ｖである検出信号を検出することができる。

従って、前記第１検出信号の信号値が第３閾値ｋ３よりも大きく、かつ、前記第２検出信号の信号値が第２閾値ｋ４より小さい場合には、前記マイクロ制御ユニットＵ１は、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが逆接していると判定する。なお、一代替実施形態として、前記第３閾値ｋ３は、前記第４閾値ｋ４よりも大きくてもよい。

以下に、図２に示す回路図を例に、本願の逆接防止保護回路及び電気化学装置の動作原理について説明する。

使用する時に、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが正接する場合に、このとき、前記外付けポート３０の正極端子Ｐ＋は、負極端子Ｐ－に対して＋５００Ｖであり、次に、前記増幅器Ｕ２は、前記電圧を反比例に縮小し、即ち、前記増幅器Ｕ２の出力端子は、前記マイクロ制御ユニットＵ１の第１ピン１に０Ｖ電圧を出力する。また、前記第２検出ユニット１４は、出力電圧値が５００Ｖ＊Ｒ８／（Ｒ８＋Ｒ９＋Ｒ１０＋Ｒ１１）の電圧を前記マイクロ制御ユニットＵ１の第２ピン２に出力する。これにより、前記マイクロ制御ユニットＵ１は、この２つの信号ピンが受信した検出信号に基づいて、前記外付けポート３０と前記外部機器とが正接していると判定し、且つ第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２に制御信号を出力して、第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２がオンされるように制御し、前記電池セルユニット２０が充電状態に入るように制御することができる。

さらに、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが逆接すれば、前記外付けポート３０の正極端子Ｐ＋は、負極端子Ｐ－に対して－５００Ｖであり、次に、前記増幅器Ｕ２は、前記逆接電圧を反比例に縮小し、即ち、前記増幅器Ｕ２の出力端子は、前記マイクロ制御ユニットＵ１の第１ピン１に５００Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）×Ｒ５の電圧を出力する。また、前記第２検出ユニット１４は、電圧値が０Ｖである電圧信号を前記マイクロ制御ユニットＵ１の第２ピン２に出力する。これにより、前記マイクロ制御ユニットＵ１は、この２つの信号ピンが受信した検出信号に基づいて、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが逆接していると確定する。即ち、プリチャージとメインリレーを閉じてはいけない。前記電池管理システム１６は、逆接故障を報知して、且つスイッチユニット１８に制御信号を出力して、前記電池セルユニット２０が充放電を停止するように制御し、高電圧が電池装置に印加されることによるシステムの破壊を防止し、電池装置の安全性を向上させることができる。

図３に示すように、図３は、本願の一実施形態による逆接防止保護方法のフローチャートである。前記逆接防止保護方法は、以下のステップを備える。

ステップＳ３１では、前記電気化学装置の外付けポートに外部機器が接続された際のパラメータを検出する。

本願の実施形態では、電気化学装置の外付けポートには、前記第１検出ユニット及び第２検出ユニットが電気的に接続される。前記第1検出ユニット及び前記第２検出ユニットは、前記外付けポートに外部機器が電気的に接続されたときに、前記外部ポートのパラメータを検出するためのものである。前記外付けポートのパラメータは、外付けポートの電圧値であると理解できる。

ステップＳ３２では、前記外付けポートと前記外部機器とが電気的に接続されると、第１検出ユニット及び第２検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータに基づいて、第１検出信号及び第２検出信号を電池管理システムにそれぞれ出力する。

ステップＳ３３では、電池管理システムは、前記第１検出信号及び前記第２検出信号に基づいて、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接しているか否かを判断する。

本願の実施形態において、前記電池管理システムは、この２つの信号ピンが受信した検出信号に基づいて、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接しているか否かを確定することができる。即ち、プリチャージとメインリレーを閉じることなく、電池セルユニットが充放電を停止するように制御し、高電圧が電池装置に印加されることによるシステムの破壊を防止し、電池装置の安全性を向上させることができる。

また、前記第１検出信号の信号値が第１閾値ｋ１より小さく、且つ、第２検出信号の信号値が第２閾値ｋ２よりも大きい場合に、前記電池管理システムは、前記外付けポートと前記外部機器とが正接していると判定する。ここで、０Ｖ＜ｋ１＜０．５Ｖ、且つ０Ｖ＜ｋ２＜５Ｖであり、前記第１検出信号の信号値が第３閾値ｋ３より大きく、かつ前記第２検出信号の信号値が第４閾値ｋ４より小さい場合に、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接していると判定する。ここで、０Ｖ＜ｋ３＜５Ｖ、且つ０Ｖ＜ｋ４＜０．５Ｖである。

本願の実施の形態において、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが正接すれば、前記電池セルユニット２０が充電状態に入るように、制御信号をスイッチユニット１８に出力する。

本願の実施形態に係る逆接防止保護回路、方法及び電気化学装置は、外付けポートのパラメータを検出することで逆接の問題があるか否かを確定し、且つ外付けポートが外部機器と逆接したときに検出信号を電池管理システムに出力する。このように、本願の実施形態が開示する逆接防止保護回路、方法及び電気化学装置は、コストが低く、安全性能が高く、検出精度が高く、検出範囲が広く、電池の安全安定性を著しく向上させることができる。

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 電気化学装置
１０ 逆接防止保護回路
１２ 第１検出ユニット
１４ 第２検出ユニット
１６ 電池管理システム
１８ スイッチユニット
２０ 電池セルユニット
３０ 外付けポート
Ｕ１ マイクロ制御ユニット
Ｕ２ 増幅器
Ｑ１～Ｑ２ 第１スイッチ乃至第２スイッチ
Ｃ１ コンデンサー
Ｒ１～Ｒ１３ 抵抗
Ｄ１ ダイオード
２００ 外部機器
２１０ 太陽光発電モジュール
２２０ エネルギー蓄積インバータ

本願の実施形態に係る逆接防止保護回路は、電気化学装置に適用され、且つ第１検出ユニット、第２検出ユニット及び電池管理システムを含む。前記第１検出ユニット及び前記第２検出ユニットは、何れも前記電気化学装置の外付けポート及び前記電池管理システムと電気的に接続され、前記第１検出ユニット及び前記第２検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータを検出するために用いられる。前記外付けポートと外部機器とが電気的に接続される場合に、前記第１検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータに応じて第１検出信号を前記電池管理システムにさらに出力し、前記第２検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータに応じて第２検出信号を前記電池管理システムにさらに出力し、前記電池管理システムは、前記第１検出信号と前記第２検出信号とに基づいて、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接されているか否かを判定する。本願の実施形態によれば、前記第１検出ユニット及び第２検出ユニットにより外付けポートのパラメータをリアルタイムに検出し、且つ第１検出信号及び第２検出信号をそれぞれ電池管理システムに出力することにより、第１検出信号及び第２検出信号に基づいて外付けポートと外部機器とが逆接しているか否かを判定することができ、外付けポートへの逆接問題を精度よく認識でき、コストが安く、安全性能が高く、検出精度が高く、検出範囲が広い等の利点を有し、電池の安全安定性を著しく向上させることができる。

本願の幾つかの態様において、前記外付けポート３０が前記外部機器２００と電気的に接続されている場合に、前記第１検出ユニット１２は、前記外付けポート３０のパラメータに基づいて、第１検知信号を前記電池管理システム１６に出力することができる。前記第２検出ユニット１４は、前記外付けポート３０のパラメータに基づいて、第２検出信号を前記電池管理システム１６に出力することができる。

前記増幅器Ｕ２の第２入力端子は、順次に４つの抵抗Ｒ１～Ｒ４を介して、前記外付けポート３０の正極端子Ｐ１＋と電気的に接続されて、前記外付けポート３０のパラメータを検出する。前記増幅器Ｕ２の第２入力端子は、抵抗Ｒ５を介して、さらに前記増幅器Ｕ２の出力端子に電気的に接続される。前記増幅器Ｕ２の出力端子は、前記マイクロ制御ユニットＵ１の第１ピン１に電気的に接続され、前記増幅器Ｕ２の出力端子は、抵抗Ｒ６を介してさらに接地されている。前記増幅器Ｕ２の第１入力端子は、抵抗Ｒ７を介して接地されている。前記増幅器Ｕ２の電源端子は電源Ｖ１に電気的に接続され、前記増幅器Ｕ２の接地端子は接地されている。

前記抵抗Ｒ８の第１端は接地され、前記抵抗Ｒ８の第２端は、順次に、前記抵抗Ｒ９～Ｒ１１を介して、前記外付けポート３０の正極端子Ｐ１＋に電気的に接続されて、前記外付けポート３０のパラメータを検出する。前記抵抗Ｒ８の第２端と前記抵抗Ｒ９との間のノードは、抵抗Ｒ１２を介して、前記マイクロ制御ユニットＵ１の第２ピン２に電気的に接続される。前記コンデンサーＣ１の第１端は、前記ダイオードのアノードに電気的に接続され、前記コンデンサーＣ１の第２端は、前記抵抗Ｒ８の第２端と前記抵抗Ｒ９との間のノードに電気的に接続される。前記ダイオードＤ１のカソードは、前記抵抗Ｒ１２を介して、前記抵抗Ｒ８の第２端と前記抵抗Ｒ９との間のノードに電気的に接続され、前記ダイオードのアノードは接地されている。これにより、前記ダイオードＤ１は、前記電池管理システム１６及び電池セルユニット２０が前記外付けポート３０に逆接される時に逆電圧によって損害されることを防止することができる。

前記スイッチユニット１８は、第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２を含む。前記第１スイッチＱ１の第１端は、前記マイクロ制御ユニットＵ１の第３ピン３に電気的に接続され、前記第１スイッチＱ１の第２端は、前記電池セルユニット２０の第１端Ｂ＋とヒューズを介して電気的に接続され、第１スイッチＱ１の第３端は、前記外付けポートの正極端子Ｐ１＋と電気的に接続される。前記第２スイッチＱ２の第１端は、前記マイクロ制御ユニットＵ１の第４ピン４と電気的に接続され、前記第２スイッチＱ２の第２端は、前記電池セルユニット２０の第１端Ｂ＋とヒューズを介して電気的に接続され、前記第２スイッチＱ２の第３端は、抵抗Ｒ１３を介して前記外付けポートの正極端子Ｐ１＋と電気的に接続される。前記電池セルユニット２０の第２端Ｂ－は、前記外付けポート３０の負極端子Ｐ１－と電気的に接続される。

前記増幅器Ｕ２の出力端子の電圧は、５００Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）×Ｒ５である。従って、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが逆接する場合、前記マイクロ制御ユニットの第１ピン１が受信した電圧は、５００Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）×Ｒ５である。即ち、このときの前記マイクロ制御ユニットＵ１の第１ピン１の電圧は、第３閾値ｋ３よりも大きくてもよく、ここで、０Ｖ＜ｋ３＜５Ｖである。次に、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが逆接する場合、例えば、前記外付けポート３０の正極端子Ｐ＋は、負極端子Ｐ－に対して－５００Ｖとなる。このとき、前記マイクロ制御ユニットＵ１の第２ピン２の電圧は０Ｖであり、かつ、第４閾値ｋ４より小さくなる。ここで、０Ｖ＜ｋ４＜０．５Ｖである。即ち、このときの前記マイクロ制御ユニットＵ１の第２ピン２は、電圧値が０Ｖである検出信号を検出することができる。

従って、前記第１検出信号の信号値が第３閾値ｋ３よりも大きく、かつ、前記第２検出信号の信号値が第４閾値ｋ４より小さい場合には、前記マイクロ制御ユニットＵ１は、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが逆接していると判定する。なお、一代替実施形態として、前記第３閾値ｋ３は、前記第４閾値ｋ４よりも大きくてもよい。

使用する時に、前記外付けポート３０と前記外部機器２００とが正接する場合に、このとき、前記外付けポート３０の正極端子Ｐ＋は、負極端子Ｐ－に対して＋５００Ｖであり、次に、前記増幅器Ｕ２は、前記電圧を反比例に縮小し、即ち、前記増幅器Ｕ２の出力端子は、前記マイクロ制御ユニットＵ１の第１ピン１に０Ｖ電圧を出力する。また、前記第２検出ユニット１４は、出力電圧値が５００Ｖ×Ｒ８／（Ｒ８＋Ｒ９＋Ｒ１０＋Ｒ１１）の電圧を前記マイクロ制御ユニットＵ１の第２ピン２に出力する。これにより、前記マイクロ制御ユニットＵ１は、この２つの信号ピンが受信した検出信号に基づいて、前記外付けポート３０と前記外部機器とが正接していると判定し、且つ第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２に制御信号を出力して、第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２がオンされるように制御し、前記電池セルユニット２０が充電状態に入るように制御することができる。

Claims (16)

1. 電気化学装置に適用される逆接防止保護回路であって、
   第１検出ユニット、第２検出ユニット及び電池管理システムを含み、
   前記第１検出ユニット及び前記第２検出ユニットは、何れも前記電気化学装置の外付けポート及び前記電池管理システムと電気的に接続され、前記第１検出ユニット及び前記第１検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータを検出するために用いられ、
   前記外付けポートと外部機器とが電気的に接続される場合に、前記第１検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータに応じて第１検出信号を前記電池管理システムにさらに出力し、前記第２検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータに応じて第２検出信号を前記電池管理システムにさらに出力し、
   前記電池管理システムは、前記第１検出信号と前記第２検出信号とに基づいて、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接されているか否かを判定することを特徴とする逆接防止保護回路。
2. 前記電池管理システムは、前記第１検出信号の信号値が第１閾値よりも小さく、かつ、前記第２検出信号の信号値が第２閾値よりも大きい場合に、前記外付けポートが前記外部機器と正接していると判定し、
   前記電池管理システムは、前記第１検出信号の信号値が第３閾値よりも大きく、かつ、前記第２検出信号の信号値が第４閾値よりも小さい場合に、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接していると判定し、
   ここで、前記第１閾値は、前記第２閾値よりも小さく、前記第３閾値は、前記第４閾値よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の逆接防止保護回路。
3. 前記第１検出ユニットは、増幅器を含み、前記増幅器の第１入力端子は、接地され、前記増幅器の第２入力端子は、第１抵抗を介して前記外付けポートの第１端と電気的に接続されて、前記外付けポートのパラメータを検出し、
   また、前記増幅器の第２入力端子は、前記増幅器の出力端子と第２抵抗を介して電気的に接続され、前記増幅器の出力端子は、前記電池管理システムと電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の逆接防止保護回路。
4. 前記第２検出ユニットは、ダイオード、第３抵抗及び第４抵抗を含み、前記第３抵抗の第１端は接地され、前記第３抵抗の第２端は、第４抵抗の第１端に電気的に接続される。前記第４抵抗の第２端は、前記外付けポートの第１端に電気的に接続され、前記第４抵抗の第１端と前記第３抵抗の第２端との間のノードは、前記電池管理システムと電気的に接続され、前記ダイオードのカソードは、前記第４抵抗の第１端と前記第３抵抗の第２端との間のノードと電気的に接続され、前記ダイオードのアノードは接地されていることを特徴とする請求項３に記載の逆接防止保護回路。
5. 前記パラメータは、外付けポートの電圧を含み、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接しているときに、前記外付けポートは第１電圧を有し、前記外付けポートと前記外部機器とが正接しているときに、前記外付けポートは第２電圧を有することを特徴とする請求項１に記載の逆接防止保護回路。
6. 前記逆接防止保護回路は、電池セルユニットと前記外付けポートとの電力供給回路に電気的に接続されたスイッチユニットをさらに備え、前記スイッチユニットは、前記電力供給回路のオンまたはオフを制御することを特徴とする請求項２に記載の逆接防止保護回路。
7. 前記電池管理システムは、前記第１検出信号及び前記第２検出信号に基づいて、前記外付けポートと外部機器とが逆接したと判定した場合に、前記スイッチユニットに第１制御信号を出力して、前記スイッチユニットがオフするように駆動し、
   前記電池管理システムは、前記第１検出信号及び前記第２検出信号に基づいて、前記外付けポートと外部機器とが正接していると判定した場合に、第２制御信号を前記スイッチユニットに出力し、前記スイッチユニットがオンするように駆動することを特徴とする請求項６に記載の逆接防止保護回路。
8. 前記電池管理システムは、マイクロ制御ユニットを備え、前記第１検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータに応じて、前記マイクロ制御ユニットの第１ピンに第１検出信号を出力し、前記第２検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータに応じて、前記マイクロ制御ユニットの第２ピンに第２検出信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の逆接防止保護回路。
9. 電気化学装置に適用される逆接防止保護方法であって、
   前記逆接防止保護方法は、前記電気化学装置の外付けポートに外部機器が接続された際のパラメータを検出し、
   前記外付けポートと前記外部機器とが電気的に接続される場合に、第１検出ユニット及び第２検出ユニットは、前記外付けポートのパラメータに応じて、それぞれ第１検出信号及び第２検出信号を電池管理システムに出力し、
   前記電池管理システムは、前記第１検出信号と前記第２検出信号とに基づいて、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接しているか否かを判定することを特徴とする逆接防止保護方法。
10. 前記電池管理システムは、前記第１検出信号の信号値が第１閾値よりも小さく、かつ、前記第２検出信号の信号値が第２閾値よりも大きい場合に、前記外付けポートが前記外部機器と正接していると判定し、
    前記電池管理システムは、前記第１検出信号の信号値が第３閾値よりも大きく、かつ、前記第２検出信号の信号値が第４閾値よりも小さい場合に、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接していると判定し、
    ここで、前記第１閾値は、前記第２閾値よりも小さく、前記第３閾値は、前記第４閾値よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の逆接防止保護方法。
11. 前記外付けポートと前記外部機器とが逆接していると判定された場合、前記電池管理システムは、スイッチユニットに第１制御信号を出力して、前記スイッチユニットがオフするように駆動し、
    ここで、前記スイッチユニットは、電池セルユニットと前記外付けポートとの電力供給回路に電気的に接続され、前記スイッチユニットは、前記電力供給回路のオンまたはオフを制御することを特徴とする請求項１０に記載の逆接防止保護方法。
12. 前記電池管理システムは、前記外付けポートと前記外部機器とが正接していると判定された場合、前記スイッチユニットに第２制御信号を出力し、前記スイッチユニットがオンするように駆動することを特徴とする請求項１１に記載の逆接防止保護方法。
13. 前記パラメータは、外付けポートの電圧を含み、前記外付けポートと前記外部機器とが逆接しているときに、前記外付けポートは第１電圧を有し、前記外付けポートと前記外部機器とが正接しているときに、前記外付けポートは第２電圧を有することを特徴とする請求項９に記載の逆接防止保護方法。
14. 電池セルユニットと、外付けポートと、請求項１～８の何れか一項に記載の前記逆接防止保護回路と、を備え、
    前記スイッチユニットは、前記電池セルユニットと前記外付けポートとの電力供給回路に電気的に接続され、前記スイッチユニットは、前記電力供給回路のオンまたはオフを制御するために用いられることを特徴とする電気化学装置。
15. エネルギー蓄積インバータと、請求項１４に記載の前記電気化学装置とを、備え、
    前記電気化学装置は、前記エネルギー蓄積インバータに電気的に接続されることを特徴とするエネルギー蓄積システム。
16. 前記エネルギー蓄積システムは、前記エネルギー蓄積インバータと電気的に接続された太陽光発電モジュールをさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載のエネルギー蓄積システム。