JP6833984B2 - バッテリ、端末、および充電システム - Google Patents

Description

本発明は、充電技術に関し、具体的には、バッテリ、端末、および充電システムに関する。

科学と技術との発展に伴い、端末の機能は、ますます強力になってきている。ユーザは、端末が人々の日常生活の不可欠な部分になっているほど、端末を使用することによって仕事をすることができ、楽しむことができる。しかしながら、端末のバッテリ寿命が制限されているので、ユーザは、絶えず端末を充電する必要がある。

現在、端末は、通常、リチウムイオンバッテリを備え、リチウムイオンバッテリの使用中、リチウムイオンバッテリの充電および放電状態を効率的に監視し、安全でない状況で充電および放電ループを切断し、それによって、リチウムイオンバッテリの損傷を未然に防ぐために保護回路が設けられる必要があることが留意されるべきである。リチウムイオンバッテリの前述の構造設計およびバッテリ保護ボードによる保護に加えて、リチウムイオンバッテリの充電および放電中の安全保護を強化するために、リチウムイオンバッテリの充電および放電回路において、レベル2安全保護素子(例えば、過電流保護素子)がさらに使用される。

例えば、現在の端末は、通常、20Wを超えない電力において充電され、充電電流範囲は、1A〜4Aである。端末が充電されているとき、充電回路内のレベル2保護素子のインピーダンス加熱は、明白ではなく、充電電圧損失は、大きくない。したがって、充電プロセスにおける安全保護要件を満たすことができる。しかしながら、バッテリエネルギー密度の増加と、バッテリ容量構成の増加とに伴って、急速充電を実施するために、より高い充電電流がリチウムイオンバッテリの充電回路に導入される必要がある。

図1に示すように、図1は、従来技術における具体的な充電および放電経路を示す。外部充電器を使用してバッテリが充電されるとき、電流は、過電流保護素子および制御スイッチのような素子を通って電気化学セルに達する。バッテリが端末負荷に電力を供給すると、電流は、制御スイッチ、過電流保護素子、および電流変換回路を介して端末負荷に達する。上記から、バッテリの充電と放電の両方の間、過電流保護素子および制御スイッチのような素子は使用される必要があることが分かり得る。大電流シナリオでは、例えば、40Wの電力を用いる急速充電方式(例えば、9V 4.4Aまたは5V 8A)では、充電電流は、4Aを超え、またはさらには8Aに達する。そのような大電流は、過電流保護素子を通過するときに大きな熱損失を引き起こし、過電流保護素子の激しい加熱をもたらす。これは、リチウムイオンバッテリにとって安全性の問題を引き起こし、さらにはユーザにとって不便をもたらす可能性がある。

本発明の実施形態は、端末を安全かつ急速に充電し、それによってユーザ体験を改善するために、バッテリ、端末、および充電システムを提供する。

本発明の第1の態様は、バッテリを提供し、当該バッテリは、バッテリ充電ポートと、バッテリ放電ポートと、バッテリ負ポートと、過電流保護素子と、保護集積回路と、制御スイッチと、電気化学セルとを含み、バッテリ充電ポートおよびバッテリ放電ポートは、異なるポートであり、保護集積回路は、略して保護ICと呼ばれてもよいことが留意されるべきであり、
バッテリ充電ポートは、電気化学セルの正電極に接続され、電気化学セルの負電極は、制御スイッチの第1の端部に接続され、制御スイッチの第2の端部は、バッテリ負ポートに接続され、
保護ICは、電気化学セルの正電極および負電極に並列に接続され、保護ICは、制御スイッチの第3の端部にさらに接続され、
バッテリ放電ポートは、過電流保護素子の第1の端部に接続され、過電流保護素子の第2の端部は、電気化学セルの正電極に接続される。

第1の態様を参照すると、バッテリが充電状態にあるとき、
電流は、バッテリ充電ポートを通ってバッテリに入り、電気化学セルに流れることが留意されるべきであり、ここで、
保護ICは、充電電流の電流値と充電電圧の電圧値とを検出し、電流値が第1の電流閾値よりも小さく、電圧値が第1の電圧閾値よりも小さいとき、ターンオン命令を制御スイッチに送信し、または、電流値が第1の電流閾値よりも大きいか、もしくは電圧値が第1の電圧閾値よりも大きいとき、ターンオフ命令を制御スイッチに送信するように構成され、
制御スイッチは、保護ICによって送信されたターンオン命令を受信すると、充電電流が電気化学セルに流れることを可能にするためにスイッチターンオンを実行し、または、保護ICによって送信されたターンオフ命令を受信すると、充電経路を遮断するためにスイッチターンオフを実行するように構成される。

第1の態様を参照すると、バッテリが放電状態にあるとき、
電流は、電気化学セルから流出し、過電流保護素子を通ってバッテリ放電ポートに達し、バッテリ放電ポートから流出することが留意されるべきであり、ここで、
保護ICは、放電電流の電流値と放電電圧の電圧値とを検出し、電流値が第2の電流閾値よりも大きいか、または電圧値が第2の電圧閾値よりも大きいとき、ターンオフ命令を制御スイッチに送信するように構成され、
制御スイッチは、保護ICによって送信されたターンオフ命令を受信すると、放電経路を遮断するためにスイッチをターンオフするように構成され、
過電流保護素子は、放電電流の電流値が第3の電流閾値を超えているかどうかを検出し、放電電流の電流値が第3の電流閾値を超えているとき、放電経路を遮断するように構成される。

第1の態様を参照すると、保護ICは、電気化学セルの2つの端部に並列に接続され、電気化学セルの2つの端部における電圧を測定してもよいことが留意されるべきである。

さらに、電気化学セルの2つの端部における電圧を正確に測定するため、保護ICと電気化学セルとの間にフィルタ回路がさらに接続され、
フィルタ回路は、第1の抵抗器とキャパシタとを含み、
保護ICは、正電源入力端子と負電源入力端子とを含み、ここで、
第1の抵抗器の第1の端部は、電気化学セルの正電極に接続され、第1の抵抗器の第2の端部は、キャパシタの第1の端部に接続され、キャパシタの第2の端部は、電気化学セルの負電極に接続され、
正電源入力端子は、キャパシタの第1の端部に接続され、負電源入力端子は、キャパシタの第2の端部に接続される。

さらに、保護ICは、電流検出端子をさらに含み、電流検出端子は、第2の抵抗器を使用することによってバッテリ負ポートに接続されることが留意されるべきである。

第1の態様を参照すると、保護ICは、充電制御端子と放電制御端子とを含み、制御スイッチは、第1のMOSトランジスタと第2のMOSトランジスタとを含むことが留意されるべきであり、ここで、
放電制御端子は、第1のMOSトランジスタのターンオンおよびターンオフを制御するために、制御信号を第1のMOSトランジスタに送信するように構成され、
放電制御端子は、第2のMOSトランジスタのターンオンおよびターンオフを制御するために、制御信号を第2のMOSトランジスタに送信するように構成される。

具体的には、第1のMOSトランジスタの第1の端部は、電気化学セルの負電極に接続され、第1のMOSトランジスタの第2の端部は、第2のMOSトランジスタの第1の端部に接続され、第1のMOSトランジスタの第3の端部は、放電制御端子に接続され、
第2のMOSトランジスタの第2の端部は、バッテリ負ポートに接続され、第2のMOSトランジスタの第3の端部は、放電制御端子に接続される。

本発明の第2の態様は、別のバッテリを開示し、当該バッテリは、バッテリ充電ポートと、バッテリ放電ポートと、バッテリ負ポートと、過電流保護素子と、保護ICと、第1の制御スイッチと、第2の制御スイッチと、電気化学セルとを含み、バッテリ充電ポートおよびバッテリ放電ポートは、互いに独立したポートであり、
バッテリ充電ポートは、第1の制御スイッチの第1の端部に接続され、第1の制御スイッチの第2の端部は、電気化学セルの正電極に接続され、第1の制御スイッチの第3の端部は、保護ICに接続され、
電気化学セルの負電極は、バッテリ負ポートに接続され、
保護ICは、電気化学セルの2つの端部に並列に接続され、
バッテリ放電ポートは、過電流保護素子の第1の端部に接続され、過電流保護素子の第2の端部は、第2の制御スイッチの第1の端部に接続され、第2の制御スイッチの第2の端部は、電気化学セルの正電極に接続され、第2の制御スイッチの第3の端部は、保護ICに接続される。

第2の態様を参照すると、バッテリが充電状態にあるとき、
電流は、バッテリ充電ポートを通ってバッテリに入り、第1の制御スイッチを通って電気化学セルに流れることが留意されるべきであり、ここで、
保護ICは、充電電流の電流値と充電電圧の電圧値とを検出し、電流値が第1の電流閾値よりも小さく、電圧値が第1の電圧閾値よりも小さいとき、ターンオン命令を第1の制御スイッチに送信し、または、電流値が第1の電流閾値よりも大きいか、もしくは電圧値が第1の電圧閾値よりも大きいとき、ターンオフ命令を第1の制御スイッチに送信するように構成され、
第1の制御スイッチは、保護ICによって送信されたターンオン命令を受信すると、充電電流が電気化学セルに流れることを可能にするためにスイッチターンオンを実行し、保護ICによって送信されたターンオフ命令を受信すると、充電経路を遮断するためにスイッチターンオフを実行するように構成される。

第2の態様を参照すると、バッテリが放電状態にあるとき、
電流は、電気化学セルから流出し、第2の制御スイッチおよび過電流保護素子を通ってバッテリ放電ポートに達し、バッテリ放電ポートから流出することが留意されるべきであり、ここで、
保護ICは、放電電流の電流値と放電電圧の電圧値とを検出し、電流値が第2の電流閾値よりも大きいか、または電圧値が第2の電圧閾値よりも大きいとき、ターンオフ命令を第2の制御スイッチに送信するように構成され、
第2の制御スイッチは、保護ICによって送信されたターンオフ命令を受信すると、放電経路を遮断するためにスイッチをターンオフするように構成され、
過電流保護素子は、放電電流の電流値が第3の電流閾値を超えているかどうかを検出し、放電電流の電流値が第3の電流閾値を超えているとき、放電経路を遮断するように構成される。

第2の態様を参照すると、保護ICは、充電制御端子と放電制御端子とを含み、
第1の制御スイッチの第3の端部は、充電制御端子に接続され、第2の制御スイッチの第3の端部は、放電制御端子に接続されることが留意されるべきである。

第2の態様を参照すると、保護ICと電気化学セルとの間にフィルタ回路がさらに接続され、
フィルタ回路は、第1の抵抗器とキャパシタとを含み、
保護ICは、正電源入力端子と負電源入力端子とを含むことが留意されるべきであり、ここで、
インダクタの第1の端部は、電気化学セルの正電極に接続され、インダクタの第2の端部は、キャパシタの第1の端部に接続され、キャパシタの第2の端部は、電気化学セルの負電極に接続され、
正電源入力端子は、キャパシタの第1の端部に接続され、負電源入力端子は、キャパシタの第2の端部に接続される。

第2の態様を参照すると、第1の制御スイッチは、MOSトランジスタであってもよく、第2の制御スイッチも、MOSトランジスタであってもよいことが留意されるべきである。

第2の態様を参照すると、保護ICは、電流検出端子をさらに含み、電流検出端子は、第2の抵抗器を使用することによってバッテリ負ポートに接続され、保護ICは、電流検出端子を使用することによって充電電流の値と放電電流の値とを検出してもよいことが留意されるべきである。

本発明の第3の態様は、別のバッテリを開示し、当該バッテリは、バッテリ充電ポートと、バッテリ放電ポートと、バッテリ負ポートと、過電流保護素子と、保護ICと、制御スイッチと、電気化学セルとを含み、バッテリ充電ポートおよびバッテリ放電ポートは、互いに独立したポートであり、
バッテリ充電ポートは、制御スイッチの第1の端部に接続され、制御スイッチの第2の端部は、電気化学セルの正電極に接続され、
電気化学セルの負電極は、バッテリ負ポートに接続され、
保護ICは、電気化学セルの2つの端部に並列に接続され、保護ICは、制御スイッチの第3の端部にさらに接続され、
バッテリ放電ポートは、過電流保護素子の第1の端部に接続され、過電流保護素子の第2の端部は、制御スイッチの第1の端部に接続される。

第3の態様を参照すると、バッテリが充電状態にあるとき、
電流は、バッテリ充電ポートを通ってバッテリに入り、制御スイッチを通って電気化学セルに流れることが留意されるべきであり、ここで、
保護ICは、充電電流の電流値と充電電圧の電圧値とを検出し、電流値が第1の電流閾値よりも小さく、電圧値が第1の電圧閾値よりも小さいとき、ターンオン命令を制御スイッチに送信し、または、電流値が第1の電流閾値よりも大きいか、もしくは電圧値が第1の電圧閾値よりも大きいとき、ターンオフ命令を制御スイッチに送信するように構成され、
制御スイッチは、保護ICによって送信されたターンオン命令を受信すると、充電電流が電気化学セルに流れることを可能にするためにスイッチターンオンを実行し、保護ICによって送信されたターンオフ命令を受信すると、充電経路を遮断するためにスイッチターンオフを実行するように構成される。

第3の態様を参照すると、バッテリが放電状態にあるとき、
電流は、電気化学セルから流出し、制御スイッチおよび過電流保護素子を通ってバッテリ放電ポートに達し、バッテリ放電ポートから流出することが留意されるべきであり、ここで、
保護ICは、放電電流の電流値と放電電圧の電圧値とを検出し、電流値が第2の電流閾値よりも大きいか、または電圧値が第2の電圧閾値よりも大きいとき、ターンオフ命令を制御スイッチに送信するように構成され、
制御スイッチは、保護ICによって送信されたターンオフ命令を受信すると、放電経路を遮断するためにスイッチをターンオフするように構成され、
過電流保護素子は、放電電流の電流値が第3の電流閾値を超えているかどうかを検出し、放電電流の電流値が第3の電流閾値を超えているとき、放電経路を遮断するように構成される。

第3の態様を参照すると、制御スイッチは、第1の金属酸化物半導体電界効果トランジスタMOSトランジスタと第2のMOSトランジスタとを含み、
保護ICは、充電制御端子と放電制御端子とを含むことが留意されるべきであり、ここで、
第1のMOSトランジスタの第1の端部は、過電流保護素子の第2の端部に接続され、第1のMOSトランジスタの第1の端部は、バッテリ充電ポートにさらに接続され、
第1のMOSトランジスタの第2の端部は、第2のMOSトランジスタの第1の端部に接続され、第1のMOSトランジスタの第3の端部は、充電制御端子に接続され、
第2のMOSトランジスタの第2の端部は、電気化学セルの正電極に接続され、第2のMOSトランジスタの第3の端部は、放電制御端子に接続される。

第3の態様を参照すると、保護ICと電気化学セルとの間にフィルタ回路がさらに接続され、
フィルタ回路は、第1の抵抗器とキャパシタとを含み、
保護ICは、正電源入力端子と負電源入力端子とを含むことが留意されるべきであり、ここで、
第1の抵抗器の第1の端部は、電気化学セルの正電極に接続され、第1の抵抗器の第2の端部は、キャパシタの第1の端部に接続され、キャパシタの第2の端部は、電気化学セルの負電極に接続され、
正電源入力端子は、キャパシタの第1の端部に接続され、負電源入力端子は、キャパシタの第2の端部に接続される。

第3の態様を参照すると、保護ICは、電流検出端子をさらに含み、電流検出端子は、第2の抵抗器を使用することによってバッテリ負ポートに接続され、保護ICは、電流検出端子を使用することによって充電電流の値と放電電流の値とを検出してもよいことが留意されるべきである。

本発明の第4の態様は、端末を開示し、当該端末は、端末の充電ポートと、負荷と、充電および放電回路と、第1から第3の態様のうちのいずれか1つに係るバッテリとを含み、ここで、
充電および放電回路は、検出回路と、保護回路と、電力変換回路とを含み、
検出回路は、端末の充電ポートに接続され、検出回路は、保護回路にさらに接続され、保護回路は、バッテリ充電ポートにさらに接続され、
電力変換回路は、負荷に接続され、電力変換回路は、バッテリ放電ポートにさらに接続され、ここで、
端末が充電状態にあるとき、充電電流は、端末の充電ポートを通って端末に入り、検出回路と、保護回路と、制御スイッチとを通って電気化学セルに入り、
端末が放電状態にあるとき、放電経路は、電気化学セルから流出し、制御スイッチと、過電流保護素子と、電力変換回路とを通って負荷に流れる。

第4の態様を参照すると、
端末が充電状態にあるとき、
検出回路は、充電電流の電流値と充電電流の電圧値とを検出し、充電電流の電流値および充電電流の電圧値を保護回路に送信するように構成され、
保護回路は、充電電流の電流値が第1の保護閾値よりも大きく、充電電流の電圧値が第2の保護閾値よりも大きいかどうかを判定し、充電電流の電流値が第1の保護閾値よりも大きいか、または充電電流の電圧値が第2の保護閾値よりも大きいとき、充電経路を遮断するように構成されることが留意されるべきである。

第4の態様を参照すると、
端末が放電状態にあるとき、
電力変換回路は、バッテリによって提供される放電電流と放電電圧とを受け取り、変換後に取得される電圧および電流を負荷に提供するために、予め設定された比率に従って放電電流と放電電圧とを変換するように構成されることが留意されるべきである。

本発明の第5の態様は、充電システムを開示し、当該充電システムは、充電器と、接続ケーブルと、第4の態様に係る端末とを含み、充電器は、接続ケーブルを使用することによって端末に接続される。

上記から、本発明の技術的解決策は、バッテリと、端末と、充電システムとを提供することが分かり得る。バッテリは、バッテリ充電ポートと、バッテリ放電ポートと、バッテリ負ポートと、過電流保護素子と、保護ICと、制御スイッチと、電気化学セルとを含み、バッテリ充電ポートおよびバッテリ放電ポートは、互いに独立したポートであり、バッテリ充電ポートは、電気化学セルの正電極に接続され、電気化学セルの負電極は、制御スイッチの第1の端部に接続され、制御スイッチの第2の端部は、バッテリ負ポートに接続され、保護ICは、電気化学セルの2つの端部に並列に接続され、保護ICは、制御スイッチの第3の端部にさらに接続され、バッテリ放電ポートは、過電流保護素子の第1の端部に接続され、過電流保護素子の第2の端部は、電気化学セルの正電極に接続される。本発明において提供されるバッテリは、充電経路と放電経路の両方を有する。充電経路によって、過電流保護素子の激しい加熱を引き起こすことなく、大電流急速充電を端末上で安全に実行することができ、それによってユーザ体験を改善する。さらに、バッテリが放電状態にあるとき、電流が過負荷であるかどうかを放電経路上で検出することができ、電流が過負荷であるとき、放電回路が遮断され、それによってバッテリが安全な状態にあることを保証する。

本発明の実施形態における技術的解決策をより明確に説明するために、以下は、本発明の実施形態を説明するために必要な添付図面について簡単に説明する。明らかに、以下の説明における添付図面は、本発明のいくつかの実施形態を示しているにすぎず、当業者は、創造的な努力なしにこれらの添付図面から他の図面を依然として導出してもよい。

本発明の一実施形態に係る充電および放電経路の概略図である。 本発明の一実施形態に係る急速充電システムの概略図である。 本発明の一実施形態に係る二重経路バッテリを示す図である。 本発明の一実施形態に係る二重経路バッテリの接続ケーブルの概略図である。 本発明の一実施形態に係るバッテリの概略構造図である。 本発明の別の実施形態に係るバッテリの回路構造図である。 本発明の別の実施形態に係るバッテリの概略構造図である。 本発明の別の実施形態に係るバッテリの概略構造図である。

本発明の実施形態の目的、技術的解決策、および利点をより明確にするために、以下は、本発明の実施形態における添付図面を参照して本発明の実施形態の技術的解決策について説明する。

科学と技術との発展に伴い、端末(例えば、スマートフォン、ウェアラブルデバイス、タブレットコンピュータのような電子デバイス)の機能は、ますます強力になってきている。ユーザは、端末が人々の日常生活の不可欠な部分になっているほど、端末を使用することによって仕事をすることができ、楽しむことができる。しかしながら、端末のバッテリ寿命が制限されているので、ユーザは、絶えず端末を充電する必要がある。

現在、端末は、通常、リチウムイオンバッテリを備え、リチウムイオンバッテリの使用中、リチウムイオンバッテリの充電および放電状態を効率的に監視し、安全でない状況で充電および放電ループを切断し、それによって、リチウムイオンバッテリの損傷を未然に防ぐために保護回路が設けられる必要があることが留意されるべきである。リチウムイオンバッテリの前述の構造設計およびバッテリ保護ボードによる保護に加えて、リチウムイオンバッテリの充電および放電中の安全保護を強化するために、リチウムイオンバッテリの充電および放電回路において、レベル2安全保護素子(例えば、過電流保護素子)がさらに使用される。

ユーザ体験を改善するために、端末製造業者は、受け渡し時に各端末において急速充電機能を設定する。現在の端末は、通常、20Wを超えない電力において急速充電され、充電電流範囲は、1A〜4Aである。端末が充電されているとき、充電回路内のレベル2保護素子のインピーダンス加熱は、明白ではなく、充電電圧損失は、大きくない。したがって、充電プロセスにおける安全保護要件を満たすことができる。しかしながら、バッテリエネルギー密度の増加と、バッテリ容量構成の増加とに伴って、急速充電を実施するために、より高い充電電流がリチウムイオンバッテリの充電回路に導入される必要がある。

図1に示すように、図1は、従来技術における具体的な充電および放電経路を示す。外部充電器を使用してバッテリが充電されるとき、電流は、過電流保護素子および制御スイッチのような素子を通って電気化学セルに達する。バッテリが端末負荷に電力を供給すると、電流は、制御スイッチ、過電流保護素子、および電流変換回路を介して端末負荷に達する。上記から、バッテリの充電と放電の両方の間、過電流保護素子および制御スイッチのような素子は使用される必要があることが分かり得る。大電流シナリオでは、例えば、40Wの電力を用いる急速充電方式(例えば、9V4.4Aまたは5V8A)では、充電電流は、4Aを超え、またはさらには8Aに達する。そのような大電流は、過電流保護素子を通過するときに大きな熱損失を引き起こし、激しい加熱をもたらす。これは、バッテリにとって安全性の問題を引き起こし、さらにはユーザにとって不便をもたらす可能性がある。

本発明は、急速充電システム(略して急速充電システム)を提供する。急速充電システムは、急速かつ安全な充電を実施することができる。急速充電システムの具体的な概略図については、図2を参照されたい。システムは、端末と、充電器と、接続ケーブルとを含む。端末は、接続ケーブルを使用することによって充電器に接続される。

端末は、スマートフォン、タブレットコンピュータ、スマートウェアラブルデバイス、またはコンピュータのような電子デバイスであってもよい。

図2に示すように、端末は、端末の充電ポートと、負荷と、充電および放電回路と、バッテリとを含む。

バッテリは、充電および放電回路を使用することによって負荷に電力を供給することが留意されるべきである。本質的に、負荷は、バッテリならびに充電および放電回路以外の電力消費モジュール、例えば、中央処理装置、タッチスクリーン、マイクロフォン、メモリ、通信モジュール、および(ジャイロスコープ、加速度計、および近接センサのような)様々なセンサであってもよい。例は、本明細書では1つずつ列挙されていない。

バッテリは、バッテリ充電ポートと、バッテリ放電ポートと、バッテリ負ポートと、過電流保護素子と、保護ICと、制御スイッチと、電気化学セルとを含む。バッテリ充電ポートおよびバッテリ放電ポートは、互いに独立したポートである。

制御スイッチは、通常、複数のMOSFETスイッチトランジスタ(MOSトランジスタ)を含むことが留意されるべきである。保護ICは、安全保護を実施するためにMOSFETスイッチトランジスタ(略してMOSトランジスタと呼ばれる場合がある)のターンオンおよびターンオフを制御する。過電流保護素子は、過電流保護機能を有する電流ヒューズ、温度ヒューズ、または正温度係数抵抗器(PTCR)であってもよい。

既存の端末におけるバッテリの電気化学セルは、大部分がリチウムイオンバッテリもしくはリチウムバッテリであり、または空気バッテリ、燃料電池などであってもよいことが留意されるべきである。これは、本明細書では限定されない。

リチウムイオンバッテリが使用されるとき、リチウムイオンバッテリの使用電圧は、2.5Vから4.4Vの範囲であり、リチウムイオンバッテリの材料により、リチウムイオンバッテリは、過充電、過放電、または超高温で充電もしくは放電されることが不可能であり、過電流および短絡がリチウムイオンバッテリにおいて生じることはできない。したがって、対応する保護ICは、通常、リチウムイオン電気化学セルのために構成される。保護ICは、保護集積回路の略であり、業界では、保護ICは、リチウムイオンバッテリ保護ボードとも呼ばれる。保護ICは、過充電保護、過放電保護、および過電流/短絡保護を実行するように構成されてもよい。

具体的には、過充電保護について、リチウムイオンバッテリが外部充電器を使用することによって充電されるとき、温度上昇によって引き起こされる内圧上昇を回避するために、充電することが停止される必要がある。この場合、保護ICは、バッテリ電圧を検出する必要がある。電圧が4.25V(バッテリの過充電点は、4.25Vであると仮定する)に達すると、保護ICは、過充電保護を有効にし、充電を停止するために、ターンオフコマンドを制御スイッチに送信する。

具体的には、過放電保護について、過放電状況では、電解質の分解のために、バッテリ特性が劣化し、充電回数の量が減少する。リチウムイオンバッテリの保護ICは、保護を実施するために、過放電されることからバッテリを保護するように構成される。過放電されることからリチウムイオンバッテリを防ぐために、リチウムイオンバッテリが負荷に接続されていると仮定して、リチウムイオンバッテリの電圧が過放電電圧検出点(過放電電圧検出点が2.3Vに設定されていると仮定する)未満であるとき、過放電保護が有効にされ、放電を停止するために、ターンオフ命令が制御スイッチに送信される。したがって、バッテリの過放電を回避するために保護が実施され、バッテリは、低静止電流状態に保たれる。この場合、消費電力は、0.1μAである。リチウムイオンバッテリが充電器に接続されており、リチウムイオンバッテリの電圧がこの場合の過放電電圧よりも高いとき、過放電保護機能は、無効にされる。

具体的には、過電流および短絡電流保護について、未知の理由(放電中、または正電極もしくは負電極が不注意に金属に触れたとき)のために過電流または短絡電流が発生したとき、バッテリの放電は、安全を確保するために停止される。

図2に示すように、充電および放電回路は、バッテリに接続され、負荷にさらに接続される。

充電および放電回路は、検出回路と、保護回路と、電力変換回路とを含む。

検出回路は、充電および放電経路を通過する電流および電圧のパラメータをリアルタイムで検出するように構成されており、バッテリユニット内の温度および圧力のようなバッテリの物理的パラメータをさらに取得してもよいことが留意されるべきである。検出回路は、具体的には、電流検出回路、電圧検出回路、電流センサ、電圧センサ、温度センサ、圧力センサなどであってもよい。詳細について本明細書では説明しない。

保護回路は、通常、スイッチデバイスまたはスイッチトランジスタである。検出回路によって取得された電圧、電流、温度、または圧力のようなパラメータが閾値よりも大きいまたは小さいとき、保護回路は、バッテリの充電を停止するために充電および放電経路を遮断するためにターンオフされる。例えば、保護回路の保護閾値パラメータの値の範囲は、次の表にリスト化されている。

バッテリが電力を外部に供給するとき、バッテリ端部における出力電圧が可変であるので、電力変換回路は、充電および放電回路内に配置されることが留意されるべきである。電力変換回路は、バッテリ出力電圧を、負荷によって要求される実際の供給電圧に変換する。

図2に示すように、端末は、充電回路と放電回路とを含む。

具体的には、充電回路の接続方式は、端末の充電ポートが検出回路に接続され、検出回路が保護回路にさらに接続され、保護回路がバッテリ充電ポートにさらに接続されるというものである。

具体的には、放電回路の接続方式は、バッテリ放電ポートが電力変換回路に接続され、電力変換回路が負荷に接続されるというものである。

端末が充電状態にあるとき、充電電流は、端末の充電インターフェースまたはポートを通って端末に流入し、検出回路と、保護回路と、バッテリ充電ポートと、制御スイッチとを通って電気化学セルに達することが理解され得る。

端末が充電状態にあるとき、検出回路は、充電電流の電流値と充電電流の電圧値とを検出し、充電電流の電流値と充電電流の電圧値とを保護回路に送信するように構成されることが留意されるべきである。保護回路は、充電電流の電流値が電流保護閾値よりも大きく、充電電圧値が電圧保護閾値よりも大きいかどうかを判定し、充電電流の電流値が電流保護閾値よりも大きいか、または充電電圧値が電圧保護閾値よりも大きいとき、充電経路を遮断するように構成される。保護回路は、スイッチであってもよい。充電電流の電流値が電流保護閾値よりも大きいか、または充電電圧の電圧値が電圧保護閾値よりも大きいとき、スイッチは、ターンオフされる。

電流保護閾値および電圧保護閾値は、端末製造業者によって設定されてもよく、または充電および放電回路の製造業者によって設定されてもよいことが留意されるべきである。

端末が放電状態にあるとき、放電電流は、バッテリから流出し、電力変換回路を通って負荷に達することが理解され得る。

端末が放電状態にあるとき、電力変換回路は、バッテリによって提供される放電電流と放電電圧とを受け取り、変換後に取得される電圧および電流を負荷に提供するために、予め設定された比率に従って放電電流と放電電圧とを変換するように構成されることが留意されるべきである。

一般的な負荷は、ディスプレイ、中央処理装置、メモリ、トランシーバ、またはワイヤレスフィデリティ(Wi-Fi)のようなデバイスを含む。

本発明の一実施形態は、充電方法を提供し、当該方法は、図2に示す端末に適用されてもよい。端末が充電されているとき、当該方法は、二重充電保護を提供してもよい。

(1) 第1に、充電および放電回路は、過電圧または過電流が発生しているかどうかを判定するために充電電流と充電電圧とを検出し、過電圧または過電流が発生した場合、保護回路が充電経路を遮断するように、スイッチターンオフ命令を保護回路に送信する。

(2) 第2に、バッテリ内の保護ICは、過電圧または過電流が発生しているかどうかを判定するために充電電流と充電電圧とを検出し、過電圧または過電流が発生した場合、保護ICは、制御スイッチが充電経路を遮断するように、スイッチターンオフ命令を制御スイッチに送信する。

本発明の一実施形態は、放電方法を提供し、当該方法は、図2に示す端末に適用されてもよい。端末が放電されているとき、当該方法は、二重放電保護を提供してもよい。

(1) 第1に、保護ICは、過電圧または過電流が発生しているかどうかを判定するために、電気化学セルによって出力される電圧と電流とを検出し、過電圧または過電流が発生した場合、保護ICは、制御スイッチが放電経路を遮断するように、スイッチターンオフ命令を制御スイッチに送信する。

(2) 第2に、過電流保護素子は、過電流が発生しているかどうかを判定するために放電電流の電流値を検出し、放電電流について過電流現象が発生したことが検出された場合、放電経路を遮断する。

図2aに示すように、図2aは、二重経路バッテリを開示する。バッテリは、具体的には、電気化学セルと、保護ICとMOSFETスイッチトランジスタと、ヒューズと、フィルタ抵抗器R1と、フィルタキャパシタC1と、測定抵抗器R2とを含む。

バッテリは、3つのポート、すなわち、充電ポートと、放電ポートと、負ポートとを提供する。

保護ICは、少なくとも5つのピン、すなわち、VDD(保護ICの正端子)、VSS(保護ICの負端子)、VM(測定端子)、Dout(放電制御端子)と、Cout(充電制御端子)とを含む。VM端子を使用することによって、回路の様々な保護パラメータが取得されてもよく、安全保護機能を実施するために、保護ICに接続されたMOSFETスイッチトランジスタ(MOSトランジスタとも呼ばれる)のターンオンおよびターンオフを制御するように、正確な比較デバイスを使用することによって保護制御信号が生成される。保護ICは、現在の業界における既存の成熟したデバイスであってもよく、これは、本発明において限定されない。

MOSFETスイッチトランジスタは、具体的には、直列に接続された少なくとも2つのMOSFETトランジスタを含む。駆動制御ユニットによって適用される駆動制御レベル(CoutまたはDout)がMOSFETスイッチトランジスタの始動電圧よりも大きいとき、電気化学セルと負ポートとの間の回路が電気化学セルの充電または放電を実施するために導通するように、MOSFETスイッチトランジスタは、ターンオンされる。駆動制御ユニットによって適用される駆動制御レベルがMOSFETスイッチトランジスタの始動電圧未満であるとき、電気化学セルと負ポートとの間の回路が電気化学セルの充電または放電を停止するために遮断されるように、MOSFETスイッチトランジスタは、ターンオフされる。MOSFETスイッチトランジスタのスイッチ制御機能は、代替的には、別のスイッチデバイス、例えば、三極管によって実現されてもよい。

MOSトランジスタは、3つのポートを有することがさらに留意されるべきである。3つのポートは、それぞれ、G電極、S電極、およびD電極である。第1の端部がS電極であってもよく、第2の端部がD電極であってもよく、第3の端部がG電極であってもよい。代替的には、第1の端部がD電極であってもよく、第2の端部がS電極であってもよく、第3の端部がG電極であってもよい。G電極およびS電極における電圧を変更することによって、MOSトランジスタのインピーダンスが変更されてもよい。

ヒューズ素子は、典型的には、正温度係数抵抗器PTCである。PTCの動作原理は、以下の通りである。PTC材料の抵抗値の正温度係数特性と、キュリー点変異特性とによって、過電流のような理由のために温度が上昇すると、材料抵抗が増加する。温度がキュリー点に達すると、抵抗は、充電電流と放電電流とを切断するのに十分なほど大きくなり、それによって、安全保護機能を実施する。ヒューズ素子は、代替的には、電流ヒューズまたは温度ヒューズのような保護素子であってもよい。これは、本明細書では限定されない。

抵抗器R1およびキャパシタC1は、フィルタ回路を形成し、フィルタ回路は、電気化学セルに流入する電圧または電気化学セルから流出する電圧に対するフィルタ処理を実行するように構成されてもよい。抵抗器2は、回路内の電圧と電流とを測定するように構成される。

図2bに示すように、図2bは、二重経路バッテリの接続ケーブルの概略図である。接続ケーブルの設計は、バッテリの二重ポート設計に対応し、二重接続ケーブル方式が使用される。例えば、充電ポートは、10Aの仕様の充電接続ケーブルを使用することによって接続され、放電ポートは、4Aの仕様の放電接続ケーブルを使用することによって接続される。

充電中、充電および放電回路は、バッテリの充電ポートに接続されることが留意されるべきである。充電電流は、充電を実施するために、過電流保護素子を通らずに、保護ICと制御スイッチとを直接通過することによって電気化学セルに入る。より大きい充電電流範囲をサポートするために、充電経路の接続ケーブルは、ケーブルインピーダンスを低減するために、幅広く厚くなるように設計されることが理解され得る。充電経路の設計において、充電電流が過電流保護素子を通過しないので、過電流保護素子のインピーダンスによって電圧損失またはインピーダンス加熱は引き起こされない。充電経路の設計は、大電力、低電圧、および大電流の急速充電により適している。

充電および放電回路の接続ケーブルは、通常、銅からなる。接続ケーブルのサイズは、接続ケーブルの損失が充電および放電回路の電圧損失および熱損失を超えないという設計要件に従って選択される。例えば、熱損失が0.225Wを超えることができないと仮定すると、充電接続ケーブルのサイズパラメータは、以下の表に示され得る。

図3に示すように、図3は、バッテリの具体的な実装形態を開示する。バッテリ10は、二重経路バッテリであり、充電回路と放電回路とは異なる経路である。

具体的には、バッテリ10は、バッテリ充電ポート101と、バッテリ放電ポート102と、バッテリ負ポート103と、過電流保護素子104と、保護IC105と、制御スイッチ106と、電気化学セル107とを含む。バッテリ充電ポート101およびバッテリ放電ポート102は、互いに独立したポートである。

電気化学セル107の正電極は、バッテリ充電ポート101に接続され、電気化学セル107の負電極は、制御スイッチ106の第1の端部に接続され、制御スイッチ106の第2の端部は、バッテリ負ポート103に接続される。

保護IC105は、電気化学セル107の2つの端部に並列に接続され、保護IC105は、制御スイッチ106の第3の端部にさらに接続される。

バッテリ放電ポート102は、過電流保護素子104の第1の端部に接続され、過電流保護素子104の第2の端部は、電気化学セル107の正電極に接続される。

上記のバッテリの内部接続関係から、バッテリ10の充電経路は、電流がバッテリ充電ポート101からバッテリに流入し、制御スイッチ106を通って電気化学セル107に達するものであることが分かり得る。

バッテリ10が充電状態にある場合、制御スイッチ106は、ターンオンされ、ターンオンされた制御スイッチは、導線の一部として見なされてもよいことが理解され得る。この場合、バッテリの充電経路は、電流がバッテリ充電ポート101から電気化学セル107に直接達し得るものである。

充電回路の具体的な接続方式は、電気化学セル107の正電極がバッテリ充電ポート101に接続され、電気化学セル107の負電極が制御スイッチ106の第1の端部に接続され、制御スイッチ106の第2の端部がバッテリ負ポート103に接続されるというものである。

保護IC105は、電気化学セル107の2つの端部に並列に接続され、保護IC105は、制御スイッチ106の第3の端部にさらに接続される。保護ICは、制御スイッチ106が命令に従ってターンオンまたはターンオフされることを可能にするために、電圧と電流とを検出し、電圧値と電流値とに従って制御スイッチ106に命令を送信してもよいことが理解され得る。

バッテリの放電経路は、電流が電気化学セル107から流出し、制御スイッチ106と過電流保護素子104とを通ってバッテリ放電ポート102に達し、次いで、バッテリ放電ポート102から流出するものであることが留意されるべきである。

バッテリ10が放電状態にある場合、制御スイッチ106は、ターンオンされ、ターンオンされた制御スイッチは、導線の一部と見なされてもよいことが理解され得る。この場合、バッテリの放電経路は、電流が電気化学セル107から流出し、過電流保護素子10を通ってバッテリ放電ポートに達し、次いでバッテリ放電ポートから流出するものである。

放電回路の具体的な接続方式は、バッテリ放電ポート102が過電流保護素子104の第1の端部に接続され、過電流保護素子104の第2の端部が電気化学セル107の正電極に接続されるというものである。

任意選択で、図3aに示すように、保護IC105が電気化学セル107の2つの電極における電圧を正確に取得することを可能にするために、電気化学セル107と保護IC105との間にフィルタ回路がさらに接続される。具体的には、フィルタ回路は、第1の抵抗器とキャパシタとを含み、保護IC105は、正電源入力端子VDDと負電源入力端子VSSとを含む。

フィルタ回路を電気化学セル107に接続する方式は、第1の抵抗器の第1の端部が電気化学セルの正電極に接続され、第1の抵抗器の第2の端部がキャパシタの第1の端部に接続され、キャパシタの第2の端部が電気化学セルの負電極に接続されるというものである。

保護ICを第1のフィルタ回路に接続する方式は、正電源入力端子がキャパシタの第1の端部に接続され、負電源入力端子がキャパシタの第2の端部に接続されるというものである。

任意選択で、保護IC105は、電流検出端子をさらに含む。電流検出端子は、第2の抵抗器を使用することによってバッテリ負ポートに接続される。保護IC105は、電流検出端子を使用することによって充電電流と放電電流とを検出する。

任意選択で、保護IC105は、回路の電圧と電流とを検出し、電圧値および電流値に従って制御スイッチ106に命令を送信するように構成されてもよい。

具体的には、図3aに示すように、保護IC105は、充電制御端子COと放電制御端子DOとを含み、制御スイッチ106は、第1の金属酸化物半導体電界効果トランジスタMOSトランジスタと第2のMOSトランジスタとを含む。

保護IC105を制御スイッチ106に接続する具体的な方式は、第1のMOSトランジスタの第1の端部が電気化学セルの負電極に接続され、第1のMOSトランジスタの第2の端部が第2のMOSトランジスタの第1の端部に接続され、第1のMOSトランジスタの第3の端部が充電制御端子に接続され、第2のMOSトランジスタの第2の端部がバッテリ負ポートに接続され、第2のMOSトランジスタの第3の端部が放電制御端子に接続されるというものである。

具体的には、バッテリ10が充電状態にあるとき、
保護IC105は、充電電流の電流値と充電電圧の電圧値とを検出し、電流値が第1の電流閾値よりも小さく、電圧値が第1の電圧閾値よりも小さいとき、ターンオン命令を制御スイッチ106に送信し、または、電流値が第1の電流閾値よりも大きいか、または電圧値が第1の電圧閾値よりも大きいとき、ターンオフ命令を制御スイッチ106に送信するように構成され、
制御スイッチ106は、保護IC105によって送信されたターンオン命令を受信すると、充電電流が電気化学セル107に流れることを可能にするためにスイッチターンオンを実行し、または、保護IC105によって送信されたターンオフ命令を受信すると、充電経路を遮断するためにスイッチターンオフを実行するように構成される。

具体的には、バッテリ10が放電状態にあるとき、
保護IC105は、放電電流の電流値と放電電圧の電圧値とを検出し、電流値が第2の電流閾値よりも大きいか、または電圧値が第2の電圧閾値よりも大きいとき、ターンオフ命令を制御スイッチ106に送信するように構成され、
制御スイッチ106は、保護IC105によって送信されたターンオフ命令を受信すると、放電経路を遮断するためにスイッチをターンオフするように構成され、
過電流保護素子104は、放電電流の電流値が第3の電流閾値を超えているかどうかを検出し、放電電流の電流値が第3の電流閾値を超えているとき、放電経路を遮断するように構成される。

上記から、本発明のこの実施形態において提供されるバッテリは、充電経路と放電経路とを含み、充電経路と放電経路とは異なることが分かり得る。二重経路バッテリは、過電流保護素子の激しい加熱を引き起こすことなく大電流急速充電を確実にすることができるだけでなく、放電経路における二重保護を実行することもでき、それによって、バッテリの急速充電性能と安全性能とを確実にする。

図3において提供したバッテリに基づいて、バッテリの内部構造が改善されてもよいことが留意されるべきである。例えば、制御スイッチは、正電極上に配置され、詳細は、図4および図5中のバッテリ内に示される。

図4に示すように、図4は、バッテリの実装形態である。バッテリ20は、バッテリ充電ポート201と、バッテリ放電ポート202と、バッテリ負ポート203と、過電流保護素子204と、保護IC205と、第1の制御スイッチ206と、第2の制御スイッチ207と、電気化学セル208とを含む。バッテリ充電ポート201およびバッテリ放電ポート202は、互いに独立したポートである。バッテリ20は、二重経路バッテリであり、充電回路と放電回路とは異なるリンクである。

第1の制御スイッチ206は、MOSトランジスタであってもよく、第2の制御スイッチ207も、MOSトランジスタであってもよい。

バッテリ20の具体的な内部接続方式は、バッテリ充電ポート201が第1の制御スイッチ206の第1の端部に接続され、第1の制御スイッチ206の第2の端部が電気化学セル208の正電極に接続され、第1の制御スイッチ206の第3の端部が保護IC205に接続され、電気化学セルの負電極がバッテリ負ポート203に接続されるというものである。

保護IC205は、電気化学セルの2つの端部に並列に接続される。

バッテリ放電ポート202は、過電流保護素子204の第1の端部に接続され、過電流保護素子204の第2の端部は、第2の制御スイッチ207の第1の端部に接続され、第2の制御スイッチ207の第2の端部は、電気化学セルの正電極に接続され、第2の制御スイッチ207の第3の端部は、保護ICに接続される。

バッテリの充電経路は、電流がバッテリ充電ポート201からバッテリ20に流入し、第1の制御スイッチ206を通って電気化学セル208に達するものである。

バッテリ20が充電状態にある場合、制御スイッチ106は、ターンオンされ、ターンオンされた制御スイッチは、導線の一部と等価であってもよいことが理解され得る。この場合、バッテリの充電経路は、電流がバッテリ充電ポート201から電気化学セル208に直接達し得るものである。

充電回路の具体的な接続方式は、電気化学セル208の正電極が制御スイッチ206に接続され、制御スイッチ206がバッテリ充電ポート201に接続され、電気化学セル208の負電極がバッテリ負ポート203に接続されるというものである。

保護IC205は、電気化学セル208の2つの端部に並列に接続され、保護IC205は、第1の制御スイッチ206に接続される。保護IC205は、第1の制御スイッチ206が命令に従ってターンオンまたはターンオフされることを可能にするために、充電電圧の値と充電電流の値とを検出してもよく、充電電圧の値と充電電流の値とに従って第1の制御スイッチ206に命令を送信してもよい。

バッテリの放電経路は、電流が電気化学セル208から流出し、第2の制御スイッチ207と過電流保護素子204とを通ってバッテリ放電ポート202に達し、次いで、バッテリ放電ポート202から流出するものであることが留意されるべきである。

バッテリ20が放電状態にある場合、第2の制御スイッチ207は、ターンオンされ、ターンオンされた制御スイッチは、導線の一部と等価であってもよいことが理解され得る。この場合、バッテリの放電経路は、電流が電気化学セル208から流出し、過電流保護素子204を通ってバッテリ放電ポート202に達し、次いでバッテリ放電ポート202から流出するものである。

放電回路の具体的な接続方式は、バッテリ放電ポート202が過電流保護素子204の第1の端部に接続され、過電流保護素子204の第2の端部が電気化学セル208の正電極に接続されるというものである。

保護IC205は、第2の制御スイッチ207に接続される。保護IC205は、第2の制御スイッチ207が命令に従ってターンオンまたはターンオフされることを可能にするために、放電電圧の値と放電電流の値とを検出してもよく、放電電圧の値と放電電流の値とに従って第2の制御スイッチ207に命令を送信してもよい。

保護IC205が電気化学セル208の2つの側における電圧を正確に取得することを可能にするために、電気化学セル207と保護IC205との間にフィルタ回路がさらに接続されることが理解され得る。

具体的には、フィルタ回路は、第1の抵抗器とキャパシタとを含み、保護IC205は、正電源入力端子と負電源入力端子とを含む。

フィルタ回路を電気化学セル208に接続する方式は、第1の抵抗器の第1の端部が電気化学セルの正電極に接続され、第1の抵抗器の第2の端部がキャパシタの第1の端部に接続され、キャパシタの第2の端部が電気化学セルの負電極に接続されるというものである。

保護IC205をフィルタ回路に接続する方式は、正電源入力端子がキャパシタの第1の端部に接続され、負電源入力端子がキャパシタの第2の端部に接続されるというものである。

保護IC205は、電流検出端子をさらに含むことが理解され得る。電流検出端子は、第2の抵抗器を使用することによってバッテリ負ポートに接続される。保護ICは、電流検出端子を使用することによって充電電流と放電電流とを検出する。

任意選択で、保護ICは、回路の電圧と電流とを検出し、電圧値と電流値とに従って制御スイッチに命令を送信する。

具体的には、保護ICは、充電制御端子と放電制御端子とを含む。第1の制御スイッチは、第1のMOSトランジスタであり、第2の制御スイッチは、第2のMOSトランジスタである。

第1のMOSトランジスタの第3の端部は、充電制御端子に接続され、第2のMOSトランジスタの第3の端部は、放電制御端子に接続される。

具体的には、バッテリが充電状態にあるとき、
保護IC205は、充電電流の電流値と充電電圧の電圧値とを検出し、電流値が第1の電流閾値よりも小さく、電圧値が第1の電圧閾値よりも小さいとき、第1の制御スイッチ206にターンオン命令を送信し、または、充電電流値が第1の電流閾値よりも大きいか、もしくは電圧値が第1の電圧閾値よりも大きいとき、第1の制御スイッチ206にターンオフ命令を送信するように構成され、
第1の制御スイッチ206は、保護IC205によって送信されたターンオン命令を受信すると、充電電流が電気化学セルに流れるのを可能にするためにスイッチターンオンを実行し、または、保護ICによって送信されたターンオフ命令を受信すると、充電経路を遮断するためにスイッチターンオフを実行するように構成される。

具体的には、バッテリが放電状態にあるとき、
保護IC205は、放電電流の電流値と放電電圧の電圧値とを検出し、放電電流値が第2の電流閾値よりも大きいか、または電圧値が第2の電圧閾値よりも大きいとき、ターンオフ命令を第2の制御スイッチ207に送信するように構成され、
第2の制御スイッチ207は、保護ICによって送信されたターンオフ命令を受信すると、放電経路を遮断するためにスイッチをターンオフするように構成され、
過電流保護素子204は、放電電流の電流値が第3の電流閾値を超えているかどうかを検出し、放電電流の電流値が第3の電流閾値を超えているとき、放電経路を遮断するように構成される。

上記から、本発明のこの実施形態において提供されるバッテリは、充電経路と放電経路の両方を含み、過電流保護素子は、放電経路上に配置されることが分かり得る。したがって、電流充電中、過電流保護素子による過電流切断が引き起こされない。加えて、保護ICは、安全な充電を実行するようにバッテリを制御してもよい。過電流保護素子が放電経路上にあるので、バッテリが放電されるとき、保護ICおよび過電流保護素子は、放電回路において二重保護を実行することができる。本発明において提供される二重経路バッテリは、過電流保護素子の激しい加熱を引き起こすことなく大電流急速充電を確実にすることができるだけでなく、放電経路における二重保護を実行することもでき、それによって、バッテリの急速充電性能と安全性能とを確実にする。

図5に示すように、図5は、バッテリの具体的な実装形態を開示する。バッテリ30は、二重経路バッテリであり、充電回路と放電回路とは異なるリンクである。

具体的には、バッテリ30は、バッテリ充電ポート301と、バッテリ放電ポート302と、バッテリ負ポート303と、過電流保護素子304と、保護IC305と、制御スイッチ306と、電気化学セル307とを含む。バッテリ充電ポート301およびバッテリ放電ポート302は、互いに独立したポートである。

バッテリ充電ポート301は、制御スイッチ306の第1の端部に接続され、制御スイッチ306の第2の端部は、電気化学セル307の正電極に接続される。

電気化学セル307の負電極は、バッテリ負ポート303に接続される。

保護IC305は、電気化学セル307の2つの端部に並列に接続され、保護IC305は、制御スイッチ306の第3の端部にさらに接続される。

バッテリ放電ポート302は、過電流保護素子304の第1の端部に接続され、過電流保護素子304の第2の端部は、制御スイッチ306の第1の端部に接続される。

上記のバッテリ30の内部接続関係から、バッテリ30の充電経路が、電流がバッテリ充電ポート303からバッテリに流入し、制御スイッチ306を通って電気化学セル307に達するものであることが分かり得る。

バッテリ30が充電状態にある場合、制御スイッチ306は、ターンオンされ、ターンオンされた制御スイッチは、導線の一部と見なされてもよいことが理解され得る。この場合、バッテリの充電経路は、電流がバッテリ充電ポート303から電気化学セル307に直接達し得るものである。

充電回路の具体的な接続方式は、電気化学セル307の正電極が制御スイッチ306に接続され、制御スイッチ306がバッテリ充電ポート301に接続され、電気化学セル307の負電極がバッテリ負ポート303に接続されるというものである。

保護IC305は、電気化学セル307の2つの端部に並列に接続され、保護IC305は、制御スイッチ306の第3の端部にさらに接続される。保護IC305は、制御スイッチ306が命令に従ってターンオンまたはターンオフされることを可能にするために、電圧と電流とを検出し、電圧値と電流値とに従って制御スイッチ306に命令を送信してもよいことが理解され得る。

バッテリの放電経路は、電流が電気化学セル307から流出し、制御スイッチ306と過電流保護素子304とを通ってバッテリ放電ポート302に達し、次いで、バッテリ放電ポート302から流出するものであることが留意されるべきである。

バッテリ30が放電状態にある場合、制御スイッチ306は、ターンオンされ、ターンオンされた制御スイッチは、導線の一部と等価であってもよいことが理解され得る。この場合、バッテリ30の放電経路は、電流が電気化学セル307から流出し、過電流保護素子304を通ってバッテリ放電ポートに達し、次いで、バッテリ放電ポートから流出するものである。

放電回路の具体的な接続方式は、バッテリ放電ポート302が過電流保護素子304に接続され、過電流保護素子304が制御スイッチ306に接続され、制御スイッチ306が電気化学セル307の正電極に接続され、電気化学セル307の負電極がバッテリ負ポート303に接続されるというものであることが理解され得る。

任意選択で、保護IC305が電気化学セル307の2つの側における電圧を正確に取得することを可能にするために、電気化学セル307と保護IC305との間にフィルタ回路がさらに接続される。具体的には、フィルタ回路は、第1の抵抗器とキャパシタとを含み、保護IC305は、正電源入力端子と負電源入力端子とを含む。

フィルタ回路を電気化学セル307に接続する方式は、第1の抵抗器の第1の端部が電気化学セルの正電極に接続され、第1の抵抗器の第2の端部がキャパシタの第1の端部に接続され、キャパシタの第2の端部が電気化学セルの負電極に接続されるというものである。

保護ICをフィルタ回路に接続する方式は、正電源入力端子がキャパシタの第1の端部に接続され、負電源入力端子がキャパシタの第2の端部に接続されるというものである。

任意選択で、保護IC305は、電流検出端子をさらに含む。電流検出端子は、第2の抵抗器を使用することによってバッテリ負ポートに接続される。保護IC305は、電流検出端子を使用することによって充電電流と放電電流とを検出する。

任意選択で、保護IC305は、回路の電圧と電流とを検出し、電圧値および電流値に従って制御スイッチ306に命令を送信するように構成されてもよい。

具体的には、保護IC305は、充電制御端子と放電制御端子とを含み、制御スイッチ306は、第1の金属酸化物半導体電界効果トランジスタMOSトランジスタと第2のMOSトランジスタとを含む。

保護IC305を制御スイッチ306に接続する具体的な方式は、第1のMOSトランジスタの第1の端部が電気化学セルの負電極に接続され、第1のMOSトランジスタの第2の端部が第2のMOSトランジスタの第1の端部に接続され、第1のMOSトランジスタの第3の端部が充電制御端子に接続され、第2のMOSトランジスタの第2の端部がバッテリ負ポートに接続され、第2のMOSトランジスタの第3の端部が放電制御端子に接続されるというものである。

具体的には、バッテリ30が充電状態にあるとき、
保護IC305は、充電電流の電流値と充電電圧の電圧値とを検出し、電流値が第1の電流閾値よりも小さく、電圧値が第1の電圧閾値よりも小さいとき、ターンオン命令を制御スイッチ306に送信し、または、電流値が第1の電流閾値よりも大きいか、または電圧値が第1の電圧閾値よりも大きいとき、ターンオフ命令を制御スイッチ306に送信するように構成され、
制御スイッチ306は、保護IC305によって送信されたターンオン命令を受信すると、充電電流が電気化学セル307に流れることを可能にするためにスイッチターンオンを実行し、または、保護IC305によって送信されたターンオフ命令を受信すると、充電経路を遮断するためにスイッチターンオフを実行するように構成される。

具体的には、バッテリ30が放電状態にあるとき、
保護IC305は、放電電流の電流値と放電電圧の電圧値とを検出し、電流値が第2の電流閾値よりも大きいか、または電圧値が第2の電圧閾値よりも大きいとき、ターンオフ命令を制御スイッチ306に送信するように構成され、
制御スイッチ306は、保護IC305によって送信されたターンオフ命令を受信すると、放電経路を遮断するためにスイッチをターンオフするように構成され、
過電流保護素子304は、放電電流の電流値が第3の電流閾値を超えているかどうかを検出し、放電電流の電流値が第3の電流閾値を超えているとき、放電経路を遮断するように構成される。

上記から、本発明のこの実施形態において提供されるバッテリは、充電経路と放電経路とを含み、充電経路と放電経路とは異なることが分かり得る。二重経路バッテリは、大電流急速充電を確実にすることができるだけでなく、放電経路における二重保護を実行することもでき、それによって、バッテリの急速充電性能と安全性能とを確実にする。

当業者は、本明細書に開示された実施形態に記載された例と組み合わせて、ユニットおよびアルゴリズムステップが電子ハードウェア、またはコンピュータソフトウェアと電子ハードウェアとの組み合わせによって実装されてもよいことに気づき得る。機能がハードウェアまたはソフトウェアのどちらによって実行されるのかは、具体的な適用例および技術的解決策の設計制約条件に依存する。当業者は、各々の具体的な適用例のための記載の機能を実装するために異なる方法を使用してもよいが、その実装が本発明の範囲を超えると見なされるべきではない。

便利で簡単な説明の目的のために、前述のシステム、装置、およびユニットの詳細な作業プロセスについて、前述の方法の実施形態における対応するプロセスを参照し、詳細は本明細書では再度説明されないことが当業者によって明確に理解され得る。

本明細書において提供されるいくつかの実施形態では、開示されたシステム、装置、および方法が他の方式で実施されてもよいことが理解されるべきである。例えば、記載された装置の実施形態は、単なる例である。例えば、ユニットの分割は、単なる論理的機能の分割であり、実際の実装形態では他の分割であってもよい。例えば、複数のユニットまたは構成要素が組み合わされてもよく、もしくは別のシステムに統合されてもよく、または、いくつかの特徴が無視されてもよく、もしくは実行されなくてもよい。加えて、示されたまたは論じられた相互結合または直接結合または通信接続は、いくつかのインターフェースを介して実施されてもよい。装置間またはユニット間の間接結合または通信接続は、電子的形態、機械的形態、または他の形態で実施されてもよい。

別々の部分として記載されたユニットは、物理的に別々であってもなくてもよく、ユニットとして示された部分は、物理的なユニットであってもなくてもよく、1つの位置に配置されてもよく、または複数のネットワークユニット上に分散されてもよい。ユニットのうちのいくつかまたはすべては、実施形態の解決策の目的を達成するために実際の要件に従って選択されてもよい。

加えて、本発明の実施形態における機能ユニットは、1つの処理ユニットに統合されてもよく、または、ユニットの各々は、物理的に単独で存在してもよく、または、2つ以上のユニットが1つのユニットに統合される。

前述の説明は、単に本発明の具体的な実装形態であり、本発明の保護範囲を限定することを意図するものではない。本発明において開示された技術的範囲内で当業者によって容易に考え出される任意の変形または置換は、本発明の保護範囲内に入るものとする。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に従うものとする。

10 バッテリ
20 バッテリ
30 バッテリ
101 バッテリ充電ポート
102 バッテリ放電ポート
103 バッテリ負ポート
104 過電流保護素子
105 保護IC
106 制御スイッチ
107 電気化学セル
201 バッテリ充電ポート
202 バッテリ放電ポート
203 バッテリ負ポート
204 過電流保護素子
205 保護IC
206 第1の制御スイッチ
207 第2の制御スイッチ
208 電気化学セル
301 バッテリ充電ポート
302 バッテリ放電ポート
303 バッテリ負ポート
304 過電流保護素子
305 保護IC
306 制御スイッチ
307 電気化学セル

Claims (16)

1. バッテリであって、前記バッテリが、バッテリ充電ポートと、バッテリ放電ポートと、バッテリ負ポートと、過電流保護素子と、保護集積回路と、制御スイッチと、電気化学セルとを備え、前記バッテリ充電ポートおよび前記バッテリ放電ポートが互いに独立したポートであり、
   前記バッテリ充電ポートが前記電気化学セルの正電極に接続され、前記電気化学セルの負電極が前記制御スイッチの第1の端部に接続され、前記制御スイッチの第2の端部が前記バッテリ負ポートに接続され、
   前記保護集積回路が前記電気化学セルの前記正電極および前記負電極に並列に接続され、前記保護集積回路が前記制御スイッチの第3の端部にさらに接続され、
   前記バッテリ放電ポートが前記過電流保護素子の第1の端部に接続され、前記過電流保護素子の第2の端部が前記電気化学セルの前記正電極に接続される、
   バッテリ。
2. 前記保護集積回路と前記電気化学セルとの間にフィルタ回路がさらに接続され、
   前記保護集積回路が正電源入力端子と負電源入力端子とを備え、
   前記フィルタ回路が第1の抵抗器とキャパシタとを備え、
   前記第1の抵抗器の第1の端部が前記電気化学セルの前記正電極に接続され、前記第1の抵抗器の第2の端部が前記キャパシタの第1の端部に接続され、前記キャパシタの第2の端部が前記電気化学セルの前記負電極に接続され、
   前記正電源入力端子が前記キャパシタの前記第1の端部に接続され、前記負電源入力端子が前記キャパシタの前記第2の端部に接続される、
   請求項1に記載のバッテリ。
3. 前記制御スイッチが第1の金属酸化物半導体電界効果トランジスタMOSトランジスタと第2のMOSトランジスタとを備え、
   前記保護集積回路が充電制御端子と放電制御端子とを備え、
   前記第1のMOSトランジスタの第1の端部が前記電気化学セルの前記負電極に接続され、前記第1のMOSトランジスタの第2の端部が前記第2のMOSトランジスタの第1の端部に接続され、前記第1のMOSトランジスタの第3の端部が前記充電制御端子に接続され、
   前記第2のMOSトランジスタの第2の端部が前記バッテリ負ポートに接続され、前記第2のMOSトランジスタの第3の端部が前記放電制御端子に接続される、
   請求項1または2に記載のバッテリ。
4. 前記バッテリが充電状態にあるとき、
   前記保護集積回路が、充電電流の電流値と充電電圧の電圧値とを検出し、前記電流値が第1の電流閾値よりも小さく、前記電圧値が第1の電圧閾値よりも小さいとき、ターンオン命令を前記制御スイッチに送信し、または、前記電流値が第1の電流閾値よりも大きいか、もしくは前記電圧値が第1の電圧閾値よりも大きいとき、ターンオフ命令を前記制御スイッチに送信するように構成され、
   前記制御スイッチが、前記保護集積回路によって送信された前記ターンオン命令を受信すると、前記充電電流が前記電気化学セルに流れることを可能にするためにスイッチターンオンを実行し、または、前記保護集積回路によって送信された前記ターンオフ命令を受信すると、充電経路を遮断するためにスイッチターンオフを実行するように構成される、
   請求項1から3のいずれか一項に記載のバッテリ。
5. 前記バッテリが放電状態にあるとき、
   前記保護集積回路が、放電電流の電流値と放電電圧の電圧値とを検出し、前記電流値が第2の電流閾値よりも大きいか、または前記電圧値が第2の電圧閾値よりも大きいとき、ターンオフ命令を前記制御スイッチに送信するように構成され、
   前記制御スイッチが、前記保護集積回路によって送信された前記ターンオフ命令を受信すると、放電経路を遮断するために前記スイッチをターンオフするように構成され、
   前記過電流保護素子が、前記放電電流の前記電流値が第3の電流閾値を超えているかどうかを検出し、前記放電電流の前記電流値が前記第3の電流閾値を超えているとき、前記放電経路を遮断するように構成される、
   請求項1から4のいずれか一項に記載のバッテリ。
6. 前記保護集積回路が電流検出端子をさらに備え、
   前記電流検出端子が、第2の抵抗器を使用することによって前記バッテリ負ポートに接続される、請求項1から5のいずれか一項に記載のバッテリ。
7. バッテリであって、前記バッテリが、バッテリ充電ポートと、バッテリ放電ポートと、バッテリ負ポートと、過電流保護素子と、保護集積回路と、第1の制御スイッチと、第2の制御スイッチと、電気化学セルとを備え、前記バッテリ充電ポートおよび前記バッテリ放電ポートが互いに独立したポートであり、
   前記バッテリ充電ポートが前記第1の制御スイッチの第1の端部に接続され、前記第1の制御スイッチの第2の端部が前記電気化学セルの正電極に接続され、前記第1の制御スイッチの第3の端部が前記保護集積回路に接続され、
   前記電気化学セルの負電極が前記バッテリ負ポートに接続され、
   前記保護集積回路が前記電気化学セルの前記正電極および前記負電極に並列に接続され、
   前記バッテリ放電ポートが前記過電流保護素子の第1の端部に接続され、前記過電流保護素子の第2の端部が前記第2の制御スイッチの第1の端部に接続され、前記第2の制御スイッチの第2の端部が前記電気化学セルの前記正電極に接続され、前記第2の制御スイッチの第3の端部が前記保護集積回路に接続される、
   バッテリ。
8. 前記保護集積回路が充電制御端子と放電制御端子とを備え、
   前記第1の制御スイッチの前記第3の端部が前記充電制御端子に接続され、前記第2の制御スイッチの前記第3の端部が前記放電制御端子に接続される、
   請求項7に記載のバッテリ。
9. 前記保護集積回路と前記電気化学セルとの間にフィルタ回路がさらに接続され、
   前記フィルタ回路が第1の抵抗器とキャパシタとを備え、
   前記保護集積回路が正電源入力端子VDDと負電源入力端子VSSとを備え、
   前記抵抗器の第1の端部が前記電気化学セルの前記正電極に接続され、前記抵抗器の第2の端部が前記キャパシタの第1の端部に接続され、前記キャパシタの第2の端部が前記電気化学セルの前記負電極に接続され、
   前記正電源入力端子が前記キャパシタの前記第1の端部に接続され、前記負電源入力端子が前記キャパシタの前記第2の端部に接続される、
   請求項7または8に記載のバッテリ。
10. バッテリであって、前記バッテリが、バッテリ充電ポートと、バッテリ放電ポートと、バッテリ負ポートと、過電流保護素子と、保護集積回路と、制御スイッチと、電気化学セルとを備え、前記バッテリ充電ポートおよび前記バッテリ放電ポートが互いに独立したポートであり、
    前記バッテリ充電ポートが前記制御スイッチの第1の端部に接続され、前記制御スイッチの第2の端部が前記電気化学セルの正電極に接続され、
    前記電気化学セルの負電極が前記バッテリ負ポートに接続され、
    前記保護集積回路が前記電気化学セルの2つの端部に並列に接続され、前記保護集積回路が前記制御スイッチの第3の端部にさらに接続され、
    前記バッテリ放電ポートが前記過電流保護素子の第1の端部に接続され、前記過電流保護素子の第2の端部が前記制御スイッチの前記第1の端部に接続される、
    バッテリ。
11. 前記制御スイッチが第1のMOSトランジスタと第2のMOSトランジスタとを備え、
    前記保護集積回路が充電制御端子と放電制御端子とを備え、
    前記第1のMOSトランジスタの第1の端部が前記過電流保護素子の前記第2の端部に接続され、前記第1のMOSトランジスタの前記第1の端部が前記バッテリ充電ポートにさらに接続され、
    前記第1のMOSトランジスタの第2の端部が前記第2のMOSトランジスタの第1の端部に接続され、前記第1のMOSトランジスタの第3の端部が前記充電制御端子に接続され、
    前記第2のMOSトランジスタの第2の端部が前記電気化学セルの前記正電極に接続され、前記第2のMOSトランジスタの第3の端部が前記放電制御端子に接続される、
    請求項10に記載のバッテリ。
12. 前記保護集積回路と前記電気化学セルとの間にフィルタ回路がさらに接続され、
    前記フィルタ回路が第1の抵抗器とキャパシタとを備え、
    前記保護集積回路が正電源入力端子と負電源入力端子とを備え、
    前記第1の抵抗器の第1の端部が前記電気化学セルの前記正電極に接続され、前記第1の抵抗器の第2の端部が前記キャパシタの第1の端部に接続され、前記キャパシタの第2の端部が前記電気化学セルの前記負電極に接続され、
    前記正電源入力端子が前記キャパシタの前記第1の端部に接続され、前記負電源入力端子が前記キャパシタの前記第2の端部に接続される、
    請求項10または11に記載のバッテリ。
13. 端末であって、前記端末が、前記端末の充電ポートと、負荷と、充電および放電回路と、請求項1から12のいずれか一項に記載のバッテリとを備え、
    前記充電および放電回路が検出回路と、保護回路と、電力変換回路とを備え、
    前記検出回路が前記端末の前記充電ポートに接続され、前記検出回路が前記保護回路にさらに接続され、前記保護回路が前記バッテリ充電ポートにさらに接続され、
    前記電力変換回路が前記負荷に接続され、前記電力変換回路が前記バッテリ放電ポートにさらに接続され、
    前記端末が充電状態にあるとき、充電電流が前記端末の前記充電ポートを通って前記端末に入り、前記検出回路と、前記保護回路と、前記制御スイッチとを通って前記電気化学セルに入り、
    前記端末が放電状態にあるとき、放電経路が前記電気化学セルから流出し、前記制御スイッチと、前記過電流保護素子と、前記電力変換回路とを通って前記負荷に流れる、
    端末。
14. 前記端末が前記充電状態にあるとき、
    前記検出回路が、前記充電電流の電流値と充電電圧の電圧値とを検出し、前記充電電流の前記電流値および前記充電電圧の前記電圧値を前記保護回路に送信するように構成され、
    前記保護回路が、前記充電電流の前記電流値が第1の保護閾値よりも大きく、前記充電電圧の前記電圧値が第2の保護閾値よりも大きいかどうかを判定し、前記充電電流の前記電流値が前記第1の保護閾値よりも大きいか、または前記充電電圧の前記電圧値が前記第2の保護閾値よりも大きいとき、充電経路を遮断するように構成される、
    請求項13に記載の端末。
15. 前記端末が前記放電状態にあるとき、
    前記電力変換回路が前記バッテリによって提供される放電電流と放電電圧とを受け取り、変換後に取得される電圧および電流を前記負荷に提供するために、予め設定された比率に従って前記放電電流と前記放電電圧とを変換するように構成される、
    請求項14に記載の端末。
16. 充電システムであって、前記充電システムが、充電器と、接続ケーブルと、請求項13から15のいずれか一項に記載の端末とを備え、前記充電器が前記接続ケーブルを使用することによって前記端末に接続される、充電システム。