JP7219290B2 - 回路遮断器 - Google Patents
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Description
本出願は、2018年6月22日に出願された米国特許仮出願第62/688,893号の優先権を主張し、その内容全体は、その全体及び全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、2016年12月14日に出願された米国特許出願第15/379,070号、2016年12月14日に出願された米国特許出願第15/379,193号、及び2016年12月15日に出願された国際出願第PCT/US2016/066985号に関連しており、これらの各々は、米国特許仮出願第62/269,420号及び第62/331,756号に対する優先権を主張し、これらの各々の開示は、その全体及び全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書に開示される種々の実施形態は、過熱及び/又は過剰な電流から電気デバイスを保護するための電気機械式3端子遮断器に関する。電気デバイス及び電気システムは、障害状態(例えば、過温度障害及び/又は過電流障害)が発生し得る多数の回路要素を有する場合があり、当該障害は、システム全体の性能又は信頼性に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、多くのデバイスは、電気システムに電力を供給するために、(直列に接続されているか、並列に接続されているか、又はそれらの組み合わせであるかにかかわらず)複数の電池又は電池セルに依存している。電池は、新しい電池を購入するのではなく、放電後の電池を再利用できる充電式のものが多い。例えば、モバイル電子デバイス(スマ
ートフォン、タブレットコンピューティングデバイス、ラップトップコンピュータなど)は、数時間の動作にわたる高性能コンピューティングを実現するために、高エネルギー容量の二次電池(例えば、リチウムイオン電池)を利用して電子デバイスに電力を供給している。また、電動自転車及び電気自動車、ハイブリッド車も、長時間の走行距離での運転に十分な電力を供給するために、高エネルギー容量の電池に依存している。太陽光発電システムでは、太陽電池で発電したエネルギーを蓄えるために電池を使用することが多い。当業者には、多種多様な電気システム及びデバイスのための、信頼性が高く長持ちする電池に対する継続的な需要があることが理解されている。
様に、図1Aに示されているのとは逆であってもよいことが理解されるであろう。例えば、一部の実施形態では、電池セル2a~2eは、負荷Lに十分な電力を供給する任意の適切な種類の電池セルを含むことができる。電池セル2a~2eは、例えば、リチウムイオン電池セル又はリチウムポリマー電池セルを含むことができる。負荷Lは、モバイルデバイス(スマートフォン、タブレットコンピューティングデバイス、ラップトップコンピュータなど)の構成要素、車両(ハイブリッド車両又は電気自動車など)の構成要素、電気エネルギー貯蔵システムの構成要素、又は他の任意の適切な電気又は電子システムなど、任意の適切な種類の電気負荷を含むことができる。一部の実施形態では、電池セル2a~2eは、太陽光発電及び蓄電システムにおけるエネルギー貯蔵のために使用されてもよい。図1Aに示す実施形態では、電池セル2a~2eは直列に接続されているが、他の配置では、電池セルは並列に接続されてもよく、それらの組み合わせであってもよいことが理解されるべきである。更に、図1Aでは、5つの電池セル2a~2eが図示されているが、任意の適切な数のセルが使用されてもよいことが理解されるべきである。
テム1の電気的性能を低下させない可能性がある。
Bに示す正常動作状態から図3A~図3Bに示す障害状態に移行する。例えば、スイッチング要素7の温度が、製造プロセスで選択及び調整可能な特定の温度閾値を超える場合、スイッチング要素7は、図2Aの下向きに湾曲した形状から図3Aの上向きに湾曲した形状に切り替わることができる。過剰な電流は、PTC抵抗器5及びPTC抵抗器5に接触するスイッチング要素7の対応する温度上昇を引き起こすので、PTC抵抗器5はまた、スイッチング要素7の温度を上昇させることができる。スイッチング要素7が図3Aに示す上方に湾曲した形状に変化すると、枢動可能なアーム8の遠位端部分の接点16が接触し、第2の導電線14及び第3の端子T3に電気的に接続する(又は他の実施形態では第3の端子T3に直接、電気的に接続する。図示せず)。スイッチング要素7は、正常状態では下向きに湾曲し、障害状態では上向きに湾曲しているように示されているが、他の配置では、遮断器はまた、スイッチング要素7が正常動作状態では上向きに湾曲した形状にあり、障害状態では下向きに湾曲した形状にあるように構成されてもよいことを理解すべきである。
れたものと同じ又は概して類似した特徴を表す。例えば、図1A~図1Bの実施形態と同様に、特定の電池セル2cの周囲に電流を迂回するための遮断器3を設けることができる。しかし、図1A~図3Bの実施形態とは異なり、図6A~図6Bの実施形態では、遮断器3は非自己復帰型であってもよい。このように、図6A~図6Bの実施形態では、一旦スイッチ4が正常動作状態から障害状態にトリップすると、スイッチ4は自動的に正常動作状態に戻ってリセットされることはない。したがって、遮断器3は、障害状態が発生するセル2cの周囲に電流を迂回させる非自己復帰型スイッチとして機能してもよい。電池管理システムは、迂回されたセル2cを横切る電圧の低下を検出することができ、セル2cが適切に動作しておらず、回路からシャントアウトされたことをユーザに警告することができる。ユーザは、セル2cを交換又は固定することで警告に対応することができ、手動で遮断器3をリセット又は交換することができる。
加の抵抗器を設けてもよい。スイッチ4が図6Cに示す第3の端子T3に移動すると、バネ55は、弛緩構成又は拡張構成に移行してもよく、バネ55は、スイッチを第2の端子T2に戻す傾向の力に抵抗する。このように、バネ55は、スイッチ4のヒステリシス特性により、スイッチ4が第2の端子T2に戻るのを防止することができ、その結果、スイッチ4は、自動自己復帰型ではない。一部の実施形態では、遮断器3は、非自己復帰型とすることができ、遮断器は、一回限りの使用ヒューズを含むことができる。しかしながら、他の実施形態では、遮断器3は手動自己復帰型とすることができ、その場合、ユーザは、例えば、図6Cに示す構成にバネ44を再圧縮するボタンを押すことによって、第2の端子T2に接続するためのスイッチ4を手動でリセットすることができる。
図7に示すシステム1の自動試験は、専用の試験ボードと外部ホルダを用いて、3個の3.6Vdcリチウムイオンセル(BT1、BT2、BT3に対応)を2.5Ahで試験するものである。試験ボードは、ケルビンモードで接続された3つの抵抗温度検出器(RTD)温度センサと、外部ホルダ内の個々の電池セルBT1、BT2、BT3と、外部負荷と、ネジ式端子台を介して接続される遮断器3とを含むことができる。本実施例の試験で使用した遮断器3は、Komatsulite(商標)モデルNR82CBO(Bourns,Inc.製、カリフォルニア州リバーサイド)である。端子台は、RTDを測定するためのケルビン方式の外部抵抗測定器を接続するために使用することもでき、他の3つのネジ端子は、RTDのシールドの接地に使用されてもよい。
の電圧降下が監視されている。例示的な試験手順では、遮断器3を横切る0.65Vdc以上の電圧がリレー20を閉鎖させ、遮断器がトリップして開放されたことを示す。遮断器3を横切る0.5Vdc以下の電圧により、リレー20が開放状態となり、遮断器がリセットされたことを示す。当該動作により、リレー20と遮断器の接点は、SPDTスイッチをエミュレートすることができる。遮断器3が閉鎖されているとき、又はトリップしていないときには、3つのセルBT1~BT3が直列に接続されており、任意に負荷をかけてもよい。ボード上の240Ωの軽負荷は、全てのセルBT1~BT3にまたがって配置することができる。また、外部に取り付けられた負荷(例えば、10Aまで)は、セルをまたいで接続することができる。遮断器3は、3個のセルが連続している第2のセルBT2又は中央セルBT2を保護するために適用することができる。過電流障害及び/又は過熱障害のために遮断器3が開放されると、第2のセルBT2は、一連の3つのセルから迂回され、開放された遮断器を横切って短絡状態となり、PTC抵抗器5を加熱するためのエネルギーを供給する。第2のセルBT2がPTC抵抗器5を暖めて遮断器3を開放状態に維持するための電荷を有している限り、当該動作によって遮断器3が開放状態に維持される。保護セル電圧が、遮断器のPTC抵抗器5が遮断器3をリセットできる程度に冷却されるレベルまで低下すると、遮断器3がリセットされ、外部リレー20が開放される。当該動作は、保護セルBT2を再び一連の3つのセルに戻す。試験手順を実施して、遮断器3が開放された状態でトリップした後、保護セルBT2が放電しすぎてそれを継続できなくなる前に、保護セルBT2が遮断器3を開放し続け得る時間を決定できる。
BT3の温度を測定することができる。充電動作は、(1)セルBT1~BT3のいずれか1つの電圧が4.099Vdcを超える、(2)電流が100mA未満に低下する、かつ/又はセルBT1~BT3のいずれかの温度が50℃を超えている、の条件の任意の組み合わせが発生したときに、終了することができる。
一部のシステムでは、電池セルは、金属リボン又は他の種類の電気的相互接続部を使用して一緒に接続されている。リボン又は他の相互接続部は、セルの正端子及び負端子にスポット溶接、はんだ付け、又はその他の方法で接合してもよい。例えば、(電動自転車で使用されるような)円筒形のリチウムイオンセルは、典型的には、リボン相互接続部を使用して直列又は並列に互いにスポット溶接されている。溶接接合、はんだ接合、又は他の種類の金属接合プロセスを利用した接続でセルを置き換えるために、ユーザは、接合部を壊し、電池セルを交換し、所望の金属接合プロセスを利用して、新しい電池セルへの接続を再接合する。しかし、溶接、はんだ付け等の金属接合プロセスでは、接合部を形成するために過剰な時間、設備、及び/又は専門知識を必要とする場合がある。更に、2つの電池セル間の金属接合部が十分な電気的接続を提供する場合であっても、相互接続部及び接合部が十分に収容されていないか、又はコンパクトに包装されていない場合がある。例えば、一部の配置では、適切な包装が提供されていない場合、相互接続部及び/又は接合部は、絡み合い、かつ/又は揺動する可能性がある。種々の実施形態では、図1A~図7に関して本明細書に開示された遮断器3はまた、適切な金属接合プロセスを用いて、溶接、はんだ付け、又は他の方法で相互接続部及び/又は電池と接合されてもよい。しかし、上述したように、このような金属接合プロセスは、時間とコストを要し、専門的な知識が必要となる場合がある。本明細書に開示された電池ハウジングは、図1A~図7に関連して上述したいずれかの遮断器3と組み合わせて使用することができる。
い。一部の実施形態では、障害状態では、少数の電流が電池セルを流れる。有利には、本明細書に開示された電池ハウジングは、溶接、はんだ付けなどの金属接合プロセスを行うことなく、ユーザが電池セルを電池ハウジングのキャビティ内に単にスナップさせることを可能にし得る。更に、電池ハウジングは、1又は複数の電池セルのためのコンパクトな構造的支持体を提供し、かつ、複数の電池ハウジングを互いに接続して任意の数の電池セルを直列又は並列に提供し得るモジュール式構造を提供する。ハウジング本体は、ハウジングの構成要素が互いに短絡するのを防ぐために、セルの絶縁体被覆ハウジング、セル接点、モジュール式電池端子、及び導電性セグメントなどの導電性構成要素を機械的及び電気的に分離することができる絶縁壁を含んでもよい。ハウジング本体は、ハウジングの構成要素が互いに短絡するのを防ぐために、セルの絶縁体被覆ハウジング、セル接点、リード、及び導電性セグメントなどの導電性構成要素を機械的及び電気的に分離するためのエアギャップを提供する絶縁性スペーサ要素を代替的又は追加的に含んでもよい。
ように、又はコインプロファイル(例えば、電池セルの高さ又は長さが幅又は直径よりも小さい)を有する電池セルを受容するようなサイズ及び形状を有してもよい。
3a、3b)を含むことができる。図1A~図7に関連して上述したように、遮断器3a、3bは、正常動作状態及び障害状態を有することができる。遮断器3a、3bは、セル(複数可)が過温度状態及び/又は過電流状態に供されたときに、障害状態に入ることができる。電池ハウジング100は、遮断器が正常動作状態にあるときに、セルを通る一次電流経路を画定することができる。電池ハウジング100は、回路遮断器が障害状態にあるときに、セルを迂回するように構成されたバイパス電流経路を画定することができる。例えば、正常動作状態では、遮断器3a、3bの第1の端子T1は、電流がT1をT2に接続するスイッチを介して、一次電流経路に沿ってセルを介して流れるように、第2の端子T2に接続することができる。障害状態では、第1の端子T1は、遮断器3a、3bの第3の端子T3に接続されるように移動することができる。障害状態では、少数の電流(例えば、小さなトリクル電流)が一次電流経路に沿って流れることができ、大部分の電流がバイパス電流経路に沿って流れることができる。一部の配置では、遮断器3a、3bにPTC抵抗器が設けられている。上述したように、遮断器3a、3bは、セルが障害状態にあるときに第2の端子T2から第3の端子T3に移動可能なバイメタルスイッチを含むことができる。遮断器3a、3bは、障害状態(例えば、過温度状態及び/又は過電流状態)を検出し、障害状態にあるときにセルを迂回するように電流を流すために、電池ハウジング内の任意の適切な場所に位置決めすることができる。
のコネクタ135bは、第3のセル接点105cに結合されるか、又は第3のセル接点105cと一緒に形成することができる。第1のコネクタ135a及び第2のコネクタ135bは、電池管理システム(BMS)に電気的に接続するように構成された導電性のタブ又はラグを含むことができる。例えば、一部の実施形態では、第2のセル接点105b及び第3のセル接点105cは、それぞれ第1のコネクタ135a及び第2のコネクタ135bと電池セルの負の端子を電気的に接続することができる。BMS(図13A~図13B参照)は、各電池セルの電圧を監視することができ、セルの電圧が非許容レベルまで上昇又は低下した場合には、ユーザに(例えば、アラーム又は他のインジケータを用いて)通知することができる。例えば、一部の実施形態では、BMSは、例えば、スイッチが障害状態にあるために、1又は複数の電池セルが迂回されたかどうかを判断することができる。このような通知は、電池セルを交換する必要があることをユーザに警告することができる。
の極性に応じて、図示された方向とは逆方向に流れてもよい。
性セグメント107cに電子を搬送するのに役立つ場合がある。有利には、第1のセル接点105a及び第3のセル接点105cの各々は、溶接、はんだ付け等の金属接合操作を使用せずに、電池セルの各端子113a、113bに接触するようなサイズであってもよい。代わりに、上述したように、セル接点105a、105cとセル114aとの間の電気的接触は、セル接点105aとセル接点105cとの間でセル114aが付勢されるスナップフィット接続によって提供されてもよい。セル接点105a、105cは、導電性材料の円盤状の個片として図示されているが、他の実施形態では、セル接点105a、105cは、導電性材料の細長い個片を含み得ることが理解されるべきである。更に、セル114aは、単純なスナップフィット接続によってハウジング100に機械的及び電気的に接続されてもよいが、一部の実施形態では、ユーザは、特に二次電池の場合には、端子113a、113bをセル接点105a、105cに接続するための接合手順(溶接、はんだ付けなど)を追加的に又は代替的に行ってもよい。
の第1の電池セル端子113aと接続することができる(図10B参照)。このように、正常状態では、電流は、第4のセル接点105dと第2のセル接点105bとの間の第2のセル114bを通る第5の経路P5に沿って遮断器3bを流れる(図9B参照)。
を提供するために、摺動接続で噛み合うことができる。一部の実施形態では、ユーザは、隣接するハウジングのモジュール式電池接点104a、104bを一緒に溶接又ははんだ付けすることを選択してもよい。種々の実施形態では、各ハウジング100A~100Dのハウジング本体101は、隣接する電池ハウジング間の機械的な係合を提供するために、種々の機械的な係止機構を含むことができる。図12には、4つのハウジング100A~100Dが図示されているが、任意の適切な数の電池ハウジングが互いに接続され得ることが理解されるべきである。ストリング120が組み立てられたとき、最も外側の電気的モジュール式電池接点(例えば、図12のハウジング100Aの第2のモジュール式電池接点104b及びハウジング100Dの第1のモジュール式電池接点104a)は、所望の電気的負荷(例えば、モータ)に電気的に接続して、そこに電力を供給することができる。
イアスを防止するためのダイオード(例えば、ショットキー型ダイオード)を各並列ストリングに提供することによって対処されてもよい。一部の実施形態では、ポテンシャル電圧の不均衡は、各ストリング内にトランジスタ(例えば、pチャネルMOSFET)を提供することによって対処されてもよく、このトランジスタは、セルを介した逆バイアスを防止又は低減するためにダイオードと同様に機能することができる。
本明細書に開示される追加の実施形態は、例えば、電池セル監視回路を含む種々多様な電気回路に統合することができる回路遮断器に関する。上述したように、本明細書に開示された実施形態は、電気自動車、電動自転車、又は任意の他の適切なシステムなどのシステムのための大容量及び/又は高電圧電池パックのための過電流保護及び/又は過温度保護を提供するのに有用であり得る。一部の実施形態では、回路遮断器は、上記に開示されたスイッチと同様のスイッチを含むことができる。一部の実施形態では、遮断器は、上述
の3端子スイッチと同様の3端子スイッチを含むことができる。他の実施形態では、遮断器は、2端子スイッチを含むことができる。種々の実施形態では、遮断器は、遮断器を第1の状態(例えば、正常動作状態)から第2の状態(例えば、障害状態)に移行させ、又はその逆に移行させるのを補助するように構成された正温度係数(PTC)抵抗器を含むことができる。
本明細書に開示される種々の実施形態は、複数のセル(例えば、直列又は並列に提供される)を有する電池パックの容量を改善するためのセルバランシングに使用することができる。例えば、電池パック内の異なる電池セルは、それぞれ異なる充電状態(SOC)を有する場合があり、これは、電池パックの容量と寿命に悪影響を与える可能性がある。したがって、一部の実施形態では、最小のSOCを有するセルは、電池パック内の他のセルを充電及び/又は動作させる能力を制限する場合がある。一部の回路は、アクティブバランシング技術を採用しており、この場合、集積回路チップは、高いSOCを有するセルから低いSOCを有する他のセルに電気エネルギーを伝達するように構成することができる。例えば、種々の実装形態では、電池管理システム(BMS)は、SOCが低いセルに印加される電圧を調整することができる、1又は複数の直流-直流(DC-DC)コンバータを含む集積回路を含むことができる。本明細書に開示された種々の実施形態は、有益には、BMSの設計を簡素化し、及び/又はBMSに障害が発生した場合又は非作動状態にある場合に、バックアップ保護(例えば、冗長性)を提供することができる。
ことができる。他の実施形態では、他の種類のスイッチが適していてもよい。上記のように、スイッチ204は、第1の端子T1と、第2の端子T2と、第3の端子T3とを含むことができる。更に、種々の実施形態では、スイッチ204は、自己復帰型とすることができる。他の実施形態では、スイッチ204は自己復帰型でなくてもよく、手動自己復帰型であってもよい。
てもよく、概して類似してもよい。例えば、図15Aと同様に、デバイス200は、電池管理システム240と、電池管理システム240と通信するトランジスタ241(上述したように、任意の適切な種類のトランジスタを含むことができる)と、電池セル202aと、トランジスタ241と電気的に通信する遮断器203とを含むことができる。図15Bの遮断器203は、図15Aの遮断器203と概して類似した方法で動作してもよい。
本明細書に開示された種々の実施形態は、電池セルがホットスワップされているとき、例えば、デバイスの動作中に(例えば、デバイスをシャットダウンすることなく)電池セルを交換するときに、過電流状態及び/又は過温度状態を管理するためにも使用することができる。図16は、種々の実施形態による、電池セル302のホットスワップ中の過電流状態を管理するための遮断器303を組み込んだ電気デバイス300の概略システム図である。別段明記しない限り、図16の構成要素は、図15A~図15Bの参照数字を相対的に100ずつ増分された参照数字を有する、図15A~図15Bの同じ番号の構成要素と同じであってもよく、概して類似してもよい。
図17~図18Bは、遮断器又はヒューズの追加の実施例を示す図である。図17は、本明細書に開示された遮断器の種々の実施形態を組み込むことができるヒューズデバイス400の概略システム図である。別段明記しない限り、図17の構成要素は、図16の参照数字を相対的に100だけ増分された参照数字を有する、図16の同じ番号の構成要素と同じであってもよく、概して類似してもよい。ヒューズデバイス400は、電池パック及び/又は電池管理システムなどの過電流及び/又は過温度保護のための外部デバイスに電気的に接続するように構成された第1及び第2のI/Oピンp1及びp2を含むことができる。ヒューズデバイス400は、第2のピンp2とトランジスタ441との間に、並列に配置された抵抗器RとコンデンサCと電気的に通信するトランジスタ441を含むことができる。トランジスタ441は、任意の適切な種類のトランジスタ、例えば、図17に示すようなnチャネルMOSFETトランジスタ、又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、MOSFET、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)などを含むことができる。また、トランジスタ441のゲートGの動作を制御するゲートドライバ回路448を設けることができる。より大きな電気システムの正常動作の間、トランジスタ441は、ヒューズデバイス400を介して電流が流れないように、例えばゲートドライバ
回路448によって、オフ位置に配置されてもよい。
にあるため、サイリスタ556又は抵抗器505を電流が通過することはない。遮断器503が接続されている電池セルが過充電になった場合、サイリスタ556は、(例えば、所定の閾値を超える電圧に基づいて)過充電を検出して、サイリスタ556と抵抗器505とを電流が通過する閉鎖状態に移行することができる。
Claims (39)
- 1又は複数の電池セルの障害状態に応答する電気遮断器であって、
電池管理システムに電気的に接続するように構成された第1の端子と、
第1の放電抵抗器に電気的に接続するように構成された第2の端子と、
第3の端子と、
前記第3の端子に電気的に接続され、前記第1の放電抵抗器と並列な、第2の放電抵抗器であって、前記第2の放電抵抗器が、前記1又は複数の電池セルのうちの電池セルの第1の電極に電気的に接続するように構成され、前記第3の端子が、前記第1の端子と前記第2の放電抵抗器との間に配置されている、第2の放電抵抗器と、
前記第1の端子と前記第2及び第3の端子との間に配置された熱作動スイッチと、を備え、
前記スイッチは、前記第1の端子が前記第2の端子に電気的に接続された第1の動作状態を有し、前記スイッチは、前記第1の端子が前記第3の端子に電気的に接続された第2の状態を有する、
遮断器。 - 前記第1の放電抵抗器を更に備え、前記第1の放電抵抗器が、前記第2の端子に電気的に接続されている、請求項1に記載の遮断器。
- 前記第1及び第2の放電抵抗器のうちの少なくとも一方が、正温度係数(PTC)抵抗器を含む、請求項1または2に記載の遮断器。
- 前記熱作動スイッチが、バイメタルスイッチング要素を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の遮断器。
- 前記バイメタルスイッチング要素が、ドーム型である、請求項4に記載の遮断器。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載の遮断器を備える電気デバイスであって、前記第1の端子と電気的に通信する前記電池管理システムを更に含む、デバイス。
- 前記電気遮断器と並列に配置された第2の電気遮断器を更に備え、前記第2の電気遮断
器が、前記電池セルの第2の電極と電気的に通信するように構成された第1の端子と、前記電池セルの前記第1の電極と電気的に通信するように構成された第2の端子とを有する、請求項6に記載のデバイス。 - 前記第2の電気遮断器の前記第2の端子と電気的に通信する第3の放電抵抗器を更に備える、請求項7に記載のデバイス。
- 前記第2の電気遮断器が、前記電池セルと熱的に結合されている、請求項7または8に記載のデバイス。
- 前記電池管理システムが非作動状態又は誤動作状態にあるとき、前記電池セルの障害状態では、電流が前記第2の電気遮断器を通過して前記電気遮断器を迂回する、請求項7から9のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記電池管理システムと電気的に通信するゲートを有するトランジスタと、前記電池セルの第2の電極及び前記電気遮断器の前記第1の端子のうちの一方と電気的に通信するソースと、前記電池セルの前記第2の電極及び前記電気遮断器の前記第1の端子のうちの他方と電気的に通信するドレインと、を更に備える、請求項6から10のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記電池セルを更に備える、請求項1から11のいずれか一項に記載のデバイス。
- 電気遮断器であって、
電池セルの第1の電極に電気的に接続するように構成された第1の端子と、
電池管理システムに電気的に接続するように構成された第2の端子と、
前記第1の端子と前記第2の端子との間に配置された自動復帰型の熱作動スイッチと、
前記スイッチと並列に配置され、前記電池管理システムに電気的に接続するように構成された抵抗器と、を備え、
前記スイッチは、前記第1の端子が前記第2の端子から切断された電気的な開放状態における第1の動作状態と、前記第1の端子が前記第2の端子に電気的に接続された第2の動作状態とを有し、
前記電気遮断器と前記電池セルとの間の電気的接続が行われる接続段階の間、前記スイッチが、前記第1の動作状態にあり、第1の電流が、前記抵抗器を通過して前記電池管理システムに流れ、
動作段階の間、前記スイッチが、前記第2の動作状態にあり、第2の電流が、前記スイッチを通過して前記電池管理システムに流れ、前記第1の電流が、前記第2の電流よりも大きい、
遮断器。 - 前記スイッチが、バイメタル要素を含む、請求項13に記載の遮断器。
- 請求項13または14に記載の遮断器を備える電気デバイスであって、前記第2の端子及び前記抵抗器に電気的に接続された前記電池管理システムを更に含む、電気デバイス。
- 前記第1の端子及び前記電池管理システムに電気的に接続された前記電池セルを更に含む、請求項15に記載の電気デバイス。
- 電気遮断器であって、
過電流及び/又は過温度保護のための外部デバイスに電気的に接続可能な第1のI/Oピンに電気的に接続された第1の端子と、
第2の端子と、
第3の端子と、
前記第1の端子と前記第2及び第3の端子との間にある熱作動スイッチと、
前記第3の端子に電気的に接続され、前記スイッチと熱的に結合された抵抗器と、
を含む電気遮断器と、
前記抵抗器、前記第3の端子及び過電流及び/又は過温度保護のための前記外部デバイスに電気的に接続可能な第2のI/Oピンに電気的に接続されたトランジスタと、を備え、
前記トランジスタが第1の状態にあるとき、前記トランジスタと前記遮断器との間に電流が流れず、前記第1の端子が、前記第3の端子に電気的に接続されており、
前記トランジスタが第2の状態にあるとき、前記トランジスタと前記抵抗器との間に電流が流れ、前記スイッチは、前記抵抗器の温度が所定の閾値を超えた場合、前記第3の端子から切断して前記第2の端子に接続するように構成されている、
ヒューズ。 - 前記トランジスタが、nチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を含み、前記MOSFETのドレインが、前記抵抗器及び前記第3の端子に接続されている、請求項17に記載のヒューズ。
- 前記スイッチが、バイメタル要素を含む、請求項17または18に記載のヒューズ。
- 前記スイッチが、自動自己復帰型ではない、請求項17から19のいずれか一項に記載のヒューズ。
- 前記スイッチが、手動自己復帰型である、請求項20に記載のヒューズ。
- 負荷に電気的に接続するように構成された出力端子を更に備える、請求項17から21のいずれか一項に記載のヒューズ。
- 障害状態に応答する電気遮断器であって、
第1の端子と、
第2の端子と、
第3の端子と、
前記第1の端子と前記第2及び第3の端子との間に配置された熱作動スイッチと、
前記スイッチと並列であり、かつ前記第2の端子と電気的に通信する抵抗器と、
前記スイッチと並列であり、かつ前記抵抗器と直列であるサイリスタと、を備える、
遮断器。 - 前記スイッチは、前記第1の端子が前記第2の端子に電気的に接続された正常動作状態を有し、前記スイッチは、前記第1の端子が前記第2の端子及び前記第3の端子の両方に電気的に接続された障害状態を有し、その結果、障害状態では、電流の大部分が、前記第1の端子と前記第3の端子との間に流れ、前記電流の少数が、前記第1の端子と前記第2の端子との間に流れる、請求項23に記載の遮断器。
- 前記スイッチが、バイメタル要素を含む、請求項23または24に記載の遮断器。
- 前記抵抗器が、正温度係数(PTC)抵抗器を含む、請求項23から25のいずれか一項に記載の遮断器。
- 障害状態に応答する電気遮断器であって、
第1の端子と、
第2の端子と、
電気部品を迂回するための電気バイパス経路に接続するように構成された第3の端子と、
圧縮及び拡張されることが可能なバネと、
バイメタルスイッチング要素を含む熱作動スイッチであって、前記スイッチは前記バネに機械的に接続され、前記熱作動スイッチが、前記第1の端子と前記第2及び第3の端子との間に配置され、前記スイッチが、前記第1の端子が前記第2の端子に電気的に接続されるように、第2の端部が第2の端子に接続する正常動作状態を有し、前記スイッチは、前記第1の端子が前記第3の端子に電気的に接続されるように、前記第2の端部が第3の端子に接続する障害状態を有し、その結果、障害状態では、電流の少なくとも大部分が、前記第1の端子と前記第3の端子との間に流れる、熱作動スイッチと、を備え、
前記スイッチは、熱作動時に、前記スイッチが前記正常動作状態から前記障害状態に移行するように構成され、前記スイッチが前記正常動作状態に自動的に戻らないように、前記スイッチの移行が前記バネの機械的なポテンシャルエネルギーに変化を与えて前記バネが付勢される、
遮断器。 - 前記スイッチは前記第1の端子に接続された第1の端部と前記第1の端部の反対側にある第2の端部を有し、前記第2の端部は前記バネに機械的に接続されている、請求項27に記載の遮断器。
- 前記正常動作状態の間、前記バネが圧縮され、前記バネは、前記スイッチが前記正常動作状態から前記障害状態に移行する際に解放される、請求項27または28に記載の遮断器。
- 前記障害状態では、前記第1の端子が、前記第2の端子に電気的に接続され、前記電流の少なくとも少数が、前記第1の端子と前記第2の端子との間に流れる、請求項27または28に記載の遮断器。
- 前記第1の端子と前記第2の端子との間に正温度係数(PTC)抵抗器を更に備える、請求項27から30のいずれか一項に記載の遮断器。
- 前記第1の端子と前記第2の端子との間に正温度係数(PTC)抵抗器が存在しない、請求項27から31のいずれか一項に記載の遮断器。
- 前記熱作動スイッチが、手動自己復帰型である、請求項27から32のいずれか一項に記載の遮断器。
- 前記バイメタルスイッチング要素が、ドーム型である、請求項27に記載の遮断器。
- 前記熱作動スイッチが、前記第1の端子及び前記バイメタルスイッチング要素に電気的に接続された可動アームを含む、請求項27または34に記載の遮断器。
- 前記可動アームは、前記スイッチが前記正常動作状態にある場合、前記第2の端子に電気的に接続されている、請求項35に記載の遮断器。
- 前記バイメタルスイッチング要素は、前記スイッチが前記正常動作状態から前記障害状態に移行するのに伴って、形状が反転する、請求項33から36のいずれか一項に記載の遮断器。
- 前記スイッチが前記正常動作状態から前記障害状態に移行した後、前記スイッチは、手動自己復帰型で前記正常動作状態に戻すことができる、請求項27から37のいずれか一項に記載の遮断器。
- 前記電気部品が、1又は複数の電池セルを含む、請求項27から38のいずれか一項に記載の遮断器。
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