(57)【要約】【課題】電池セルに対する平衡回路を提供する。【解決手段】一組の電池セルに対する平衡回路は、一組のスイッチ回路と、スイッチ回路に結合される制御回路構成とを含む。スイッチ回路のうちの各々のスイッチ回路は、電池セルのうちの対応する電池セルに結合され、スイッチ回路がターンオンされると、迂回電流を対応する電池セルの正端子から外に流す。スイッチ回路は、第1のダイオードを有する第1のスイッチを含み、第1のダイオードに逆に結合される第2のダイオードを有する第2のスイッチを含む。第2のスイッチは、第2のスイッチがターンオフされると、迂回電流を不能にする。制御回路構成は、スイッチ回路を制御することにより、電池セルの平衡を保つ。【選択図】図4
2019187234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルに対する平衡回路であって、
複数のスイッチ回路であって、前記スイッチ回路のうちの各々のスイッチ回路は、前記複数の電池セルのうちの対応する電池セルに結合され、前記スイッチ回路がターンオンされると、迂回電流を前記対応する電池セルの正端子から外に流すように動作可能であり、前記スイッチ回路は、第1のダイオードを有する第1のスイッチと、前記第1のダイオードに逆に結合される第2のダイオードを有する第2のスイッチとを備え、前記第2のスイッチは、前記第2のスイッチがターンオフされると、前記迂回電流を不能にするように構成される、複数のスイッチ回路と、
前記スイッチ回路に結合され、前記スイッチ回路を制御することにより、前記電池セルの平衡を保つように動作可能な制御回路構成とを備える、平衡回路。
【請求項２】
前記第1のダイオードの第1のアノード、および、前記第2のダイオードの第2のアノードは、前記第1のアノードと前記第2のアノードとの間の接続ノードに結合される、請求項1に記載の平衡回路。
【請求項３】
前記第1のスイッチは、第1の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を備え、前記第2のスイッチは、第2のMOSFETを備え、前記第1のアノードと前記第2のアノードとの間の前記接続ノードは、前記第1のMOSFETのソースと、前記第2のMOSFETのソースとの間の接続ノードを備える、請求項2に記載の平衡回路。
【請求項４】
前記第1のダイオードのカソード、および、前記第2のダイオードのカソードは、前記第1のダイオードの前記カソードと、前記第2のダイオードの前記カソードとの間の接続ノードに結合される、請求項1に記載の平衡回路。
【請求項５】
前記制御回路構成は、前記電池セルの状態を監視するように構成され、前記制御回路構成が、前記電池セルのうちの１つの電池セルが、平衡基準より大きいセル電圧を含むということを検出すると、前記制御回路構成は、前記スイッチ回路のうちの対応するスイッチ回路を、前記対応するスイッチ回路内の前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチをターンオンすることによりターンオン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平衡回路。
【請求項６】
前記電池セルは直列に結合される、請求項1から5のいずれか一項に記載の平衡回路。
【請求項７】
請求項1から5のいずれか一項に記載の平衡回路と、複数の電池セルとを備える電池パック。
【請求項８】
前記電池セルは直列に結合される、請求項7に記載の電池パック。
【請求項９】
前記電池パックの正端子に結合されるコンデンサをさらに備え、前記電池セルは、頂部電池セルと、前記頂部電池セルに隣接する隣接電池セルとを備え、前記スイッチ回路は、頂部スイッチ回路を備え、前記頂部スイッチ回路は、前記頂部電池セルに結合され、前記頂部スイッチ回路がターンオフされると、前記隣接電池セルから前記コンデンサへの電流を遮断するように動作可能である、請求項8に記載の電池パック。
【請求項１０】
複数のスイッチ回路を制御することにより、複数の電池セルの平衡を保つステップを含み、各々のスイッチ回路は、前記電池セルのうちの対応する電池セルに結合され、前記スイッチ回路は、第1のダイオードを有する第1のスイッチを備えると共に、前記第1のダイオードに逆に結合される第2のダイオードを有する第2のスイッチを備え、平衡を保つ前記ステップは、
前記スイッチ回路をターンオンすることにより、迂回電流が、前記対応する電池セルの正端子から外に流れるようにするステップと、
前記第2のスイッチをターンオフすることにより、前記迂回電流を不能にするステップとを含む、方法。
【請求項１１】
前記第1のダイオードの第1のアノード、および、前記第2のダイオードの第2のアノードは、前記第1のアノードと前記第2のアノードとの間の接続ノードに結合される、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記第1のスイッチは、第1の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を備え、前記第2のスイッチは、第2のMOSFETを備え、前記第1のアノードと前記第2のアノードとの間の前記接続ノードは、前記第1のMOSFETのソースと、前記第2のMOSFETのソースとの間の接続ノードを備える、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記第1のダイオードのカソード、および、前記第2のダイオードのカソードは、前記第1のダイオードの前記カソードと、前記第2のダイオードの前記カソードとの間の接続ノードに結合される、請求項10に記載の方法。
【請求項１４】
前記電池セルの状態を監視するステップと、
前記電池セルのうちの１つの電池セルが、平衡基準より大きいセル電圧を含む場合、前記スイッチ回路のうちの対応するスイッチ回路を、前記対応するスイッチ回路内の前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチをターンオンすることによりターンオンするステップとをさらに含む、請求項10から13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記電池セルは直列に結合される、請求項10から14のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記電池セルは、電池パックに組み立てられ、前記電池パックは、前記電池パックの正端子に結合されるコンデンサを有し、前記電池セルは、頂部電池セルと、前記頂部電池セルに隣接する隣接電池セルとを備え、前記スイッチ回路は、前記頂部電池セルに結合される頂部スイッチ回路を備え、前記方法は、
前記頂部スイッチ回路をターンオフすることにより、前記隣接電池セルから前記コンデンサへの電流を遮断するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電池セルに対する平衡回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図1は、一組の電池セル110に対する従来の平衡回路112を含む電池パック100を示している。平衡回路112は、電流制限抵抗器R0、R1、R2、R3、およびR4と、スイッチS1、S2、S3、およびS4と、コントローラ102とを含む。コントローラ102は、電池セル110のセル電圧を監視し、監視される情報に基づいて電池セル110の平衡を保つ。例えば、充電プロセスの間、電池セル110のうちの電池セルCellM(M=1、2、3、または4)が、平衡しきい値より大きいセル電圧を有する場合、コントローラ102は、対応するスイッチSM(M=1、2、3、または4)をターンオンして、電池セルCellMの充電電流の一部分IPTを迂回させ、それゆえに、電池セルCellMのセル電圧の増大率は、他の電池セルのセル電圧の増大率より低い。別の例として、同様に、電池セルCellN(N=1、2、3、または4)が、ある量だけ他の電池セルのセル電圧より大きいセル電圧を有し、その量が電圧基準を上回る場合、コントローラ102は、対応するスイッチSN(N=1、2、3、または4)をターンオンして、電池セルCellNの充電電流の一部分IPTを迂回させる。結果として、電池セル110のセル電圧の間の差が低減され、それゆえに、電池セル110は平衡を保たれる。
【０００３】
しかしながら、従来の平衡回路112は、いくつかの短所を有する。例えば、電池セル110のうちの電池セルCellX(X=1、2、3、または4)が、他の電池セルに逆に接続される場合、スイッチSX(X=1、2、3、または4)のボディダイオードが、ターンオンされて、漏れ電流IRVが電池セルCellXを放電させることを引き起こす。ボディダイオードを通って流れる漏れ電流IRVは、多量の熱が、平衡回路112を損傷させる、および/または、平衡回路112を含む集積回路(IC)パッケージ全体を損傷させることを引き起こすことがある。別の例として、電池セル110のうちの１つの電池セル、例えばCell4が、平衡回路112から切り離される場合、スイッチS4のボディダイオードが、ターンオンされ、それにより、漏れ電流が、電池セルCell1、Cell2、およびCell3から、スイッチS4のボディダイオードを通って流れて、電池パック100の正端子PACK+に結合されるフィルタコンデンサCCを充電することが引き起こされる。そのような漏れ電流は、相対的に大きく、スイッチS4を損傷させることがある。
【０００４】
より具体的には、図1Aは、電池セル110のうちの電池セルCell2が、他の電池セルに逆に接続される、従来の平衡回路112を含む電池パック100Aを示している。図1Aにおいて示されるように、逆に接続される電池セルCell2は、順バイアス電圧をスイッチS2のボディダイオードに付与し、それゆえに、スイッチS2のボディダイオードは、ターンオンされて、電池セルCell2を放電させる。電池セルCell2の漏れ電流IRVは、電池セルCell2を過放電させるのみでなく、さらには、多量の熱がICパッケージ全体を損傷させることを引き起こすことがある。
【０００５】
図1Bは、電池セル110のうちの電池セルCell4が、従来の平衡回路112から切り離される状況を示している。例えば、電池パック100Bの組み立てプロセスの間、電池セルCell1、Cell2、Cell3、およびCell4は、底部から頂部へと、1つずつ、平衡回路112に接続され(例えば、溶接され)得る。電池セルCell1、Cell2、およびCell3がスイッチS1、S2、およびS3に接続され、電池セルCell4がスイッチS4にまだ接続されないとき、直列結合された電池セルCell1、Cell2、およびCell3にわたる電圧VCが、スイッチS4、抵抗器R4、およびコンデンサCCに付与される。電圧VCは相対的に大きいので、スイッチS4のボディダイオードは、順バイアスされ、例えばターンオンされ、電池セルCell1、Cell2、およびCell3から、スイッチS4のボディダイオード、および抵抗器R4を通って流れて、コンデンサCCを充電する漏れ電流ILKは、相対的に大きい。相対的に大きい漏れ電流ILKは、スイッチS4に対する損傷を引き起こすことがある。別の例として、電池パック100Bがすでにパッケージへと組み立てられているとき、電池セル110のうちの1つまたは複数は、平衡回路との接触不良の接続を有することがある。電池セル、例えばCell3が、平衡回路との接触不良の接続を有する場合、直列結合された電池セルCell1およびCell2にわたる電圧が、スイッチS3およびS4、抵抗器R4、ならびにコンデンサCCに付与される。同様に、スイッチS3およびS4のボディダイオードは、ターンオンされ、相対的に大きい漏れ電流が、ボディダイオードを通って流れて、コンデンサCCを充電し、そのことはさらには、スイッチS3およびS4に対する損傷を引き起こすことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かくして、上記で述べられた短所に対処する平衡回路は、有益であることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
1つの実施形態において、一組の電池セルに対する平衡回路は、一組のスイッチ回路と、スイッチ回路に結合される制御回路構成(control circuitry)とを含む。スイッチ回路のうちの各々のスイッチ回路は、電池セルのうちの対応する電池セルに結合され、スイッチ回路がターンオンされると、迂回電流を対応する電池セルの正端子から外に流すことができる。スイッチ回路は、第1のダイオードを有する第1のスイッチを含み、第1のダイオードに逆に結合される第2のダイオードを有する第2のスイッチを含む。第2のスイッチは、第2のスイッチがターンオフされると、迂回電流を不能にすることができる。制御回路構成は、スイッチ回路を制御することにより、電池セルの平衡を保つことができる。
【０００８】
1つの実施形態において、方法は、複数のスイッチ回路を制御することにより、複数の電池セルの平衡を保つステップを含み、各々のスイッチ回路は、前記電池セルのうちの対応する電池セルに結合され、前記スイッチ回路は、第1のダイオードを有する第1のスイッチを備えると共に、前記第1のダイオードに逆に結合される第2のダイオードを有する第2のスイッチを備える。平衡を保つ前記ステップは、前記スイッチ回路をターンオンすることにより、迂回電流が、前記対応する電池セルの正端子から外に流れるようにするステップと、前記第2のスイッチをターンオフすることにより、前記迂回電流を不能にするステップとを含む。
【０００９】
請求される発明の対象の実施形態の特徴および利点は、後に続く詳細な説明が進むにつれて、および、同類の番号が同類の部分を表現する図面に対する参照によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一組の電池セルに対する従来の平衡回路を含む電池パックを示す図である。
【図１Ａ】一組の電池セルのうちの１つの電池セルが、他の電池セルに逆に接続される、従来の平衡回路を含む電池パックを示す図である。
【図１Ｂ】一組の電池セルのうちの１つの電池セルが、従来の平衡回路から切り離される状況を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態においての、電池パック内の一組の電池セルに対する平衡回路の例の回路線図を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態においての、電池パック内の一組の電池セルに対する平衡回路の例の回路線図を示す図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態においての、電池パック内の一組の電池セルに対する平衡回路の例の回路線図を示す図である。
【図２Ｄ】本発明の実施形態においての、電池パック内の一組の電池セルに対する平衡回路の例の回路線図を示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態においての、電池パック内の一組の電池セルに対する平衡回路の例の回路線図を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態においての、電池パック内の一組の電池セルに対する平衡回路の例の回路線図を示す図である。
【図４】本発明の実施形態においての、一組の電池セルに対する平衡回路により実行される動作の例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態に対して詳細に参照を行う。本発明を、これらの実施形態とあいまって説明することになるが、これらの実施形態は、本発明をこれらの実施形態に制限することを意図されないということが理解されるであろう。それとは反対に、本発明は、添付される特許請求の範囲により定義されるような本発明の趣旨および範囲の中に含まれ得る、代替案、修正、および均等物を網羅することを意図される。
【００１２】
さらにまた、本発明の、後に続く詳細な説明において、数多くの具体的な詳細が、本発明の徹底した理解をもたらすために論述されている。しかしながら、本発明はこれらの具体的な詳細なしで実践され得るということが、当業者により認識されるであろう。他の実例において、よく知られている方法、手順、構成要素、および回路は、本発明の態様を不必要に分かりにくくしないように、詳細には説明されていない。
【００１３】
図2Aは、本発明の実施形態においての、電池パック200A内の一組の電池セル220に対する平衡回路212Aの例の回路線図を示している。実施形態において、電池セル220は直列に結合される。図2Aは、電池パック200A内の4つの電池セルを示すが、本発明は、そのように制限されない。別の実施形態において、電池パック200Aは、別の数、例えば2、3、5、6、7、または同類の数の電池セルを含むことができる。実施形態において、電池セル220は、リチウムイオン電池セルなどの再充電可能電池セルを含む。他の実施形態において、電池セル220は、ニッケルカドミウム電池セル、鉛酸電池セル、太陽電池セル、または同類のものを含み得る。
【００１４】
実施形態において、平衡回路212Aは、一組のスイッチ回路と、制御回路構成202Aとを含む。各々のスイッチ回路は、電池セル220のうちの対応する電池セルに結合され、スイッチ回路がターンオンされると、迂回電流を対応する電池セルの正端子から外に流すことができる。加えて、各々のスイッチ回路は、第1のボディダイオードを有する第1のスイッチを含み、第1のボディダイオードに逆に結合される第2のボディダイオードを有する第2のスイッチを含む。第2のスイッチがターンオフされると、第2のスイッチは、上記で述べられた迂回電流を不能にすることができる。本明細書において使用される際、「第2のダイオードは、第1のダイオードに逆に結合される」は、ダイオードの両方のカソードが、それらのカソードの間の接続ノードに結合されるということ、または、ダイオードの両方のアノードが、それらのアノードの間の接続ノードに結合されるということのいずれかを意味する。
【００１５】
例えば、図2Aにおいて示されるように、電池セルCell1に結合されるスイッチ回路(本明細書においては以降、スイッチ回路QN11〜QN12)は、第1のボディダイオードを有する第1のスイッチQN11を含み、第2のボディダイオードを有する第2のスイッチQN12を含む。第1のボディダイオードのアノード、および、第2のボディダイオードのアノードは、第1のボディダイオードのアノードと、第2のボディダイオードのアノードとの間の接続ノード222に結合される。実施形態において、この種類のスイッチ回路は、「バックツーバックスイッチ」と呼称される。第1のスイッチQN11および第2のスイッチQN12がターンオンされると、スイッチ回路QN11〜QN12がターンオンされ、迂回電流IBYが、電池セルCell1の正端子228から外に、スイッチ回路QN11〜QN12を通って、電池セルCell1の負端子226に流れるようにされ得る。電池セル220の充電プロセスにおいて、迂回電流IBYは、電池セルCell1のセル電圧VCELL1の増大率を低減することができる。電池セル220が、充電もされず、放電もさせられない場合、迂回電流IBYは、電池セルCell1を放電させて、セル電圧VCELL1を低減することができる。第2のスイッチQN12がターンオフされると、第2のスイッチQN12は、迂回電流IBYを不能にする/遮断することができる。同様に、第1のスイッチQN11がターンオフされると、第1のスイッチQN11は、端子226から端子228に流れる電流を不能にする/遮断することができる。第1のスイッチQN11および第2のスイッチQN12がターンオフされると、スイッチ回路QN11〜QN12を通って流れる電流はない。実施形態において、それぞれ電池セルCell2、Cell3、およびCell4に結合される、スイッチ回路QN21〜QN22、QN31〜QN32、およびQN41〜QN42の、回路構造および機能は、スイッチ回路QN11〜QN12の回路構造および機能と同様である。スイッチQN21、QN31、およびQN41は、それぞれ、スイッチ回路QN21〜QN22、QN31〜QN32、およびQN41〜QN42の第1のスイッチと呼称され得る。スイッチQN22、QN32、およびQN42は、それぞれ、スイッチ回路QN21〜QN22、QN31〜QN32、およびQN41〜QN42の第2のスイッチと呼称され得る。
【００１６】
よって、電池セルCellK(K=1、2、3、または4)が、他の電池セルに逆に接続される場合、電池セルCellKの漏れ電流(例えば、図1Aとの関係において述べられた漏れ電流IRVと同様の)は、対応するスイッチ回路の第1のスイッチ(例えば、QN11、QN21、QN31、およびQN41)をターンオフすることにより遮断され/不能にされ得る。例えば、電池セルCell2が、電池セルCell1、Cell3、およびCell4に逆に接続される場合、スイッチQN21をターンオフすることにより、電池セルCell2の漏れ電流を不能にする/遮断することができる。すべてのスイッチQN11、QN12、QN21、QN22、QN31、QN32、QN41、およびQN42は、初期はオフであるので、平衡回路212A、および/または、平衡回路212Aを含むICパッケージは、図1Aとの関係において述べられた漏れ電流IRVにより損傷させられることから保護され得る。
【００１７】
加えて、実施形態において、電池パック200Aは、電池パック200Aの正端子PACK+に結合されるコンデンサCCを含む。コンデンサCCは、例えば、端子PACK+においての電圧スパイクおよび/または電流スパイクをフィルタ除去することができる。実施形態において、電池セル220のうちの頂部電池セル、例えばCell4が、スイッチ回路のうちの頂部スイッチ回路、例えばQN41〜QN42から切り離される、または、その頂部スイッチ回路との接触不良の接続を有する場合、頂部スイッチ回路QN41〜QN42をターンオフすることにより、頂部電池セルCell4に隣接する隣接電池セルCell3から流れて、コンデンサCCを充電する、電流を遮断することができる。結果として、平衡回路212Aは、スイッチ回路QN41〜QN42を、例えば、電池セルCell1、Cell2、およびCell3からの、図1Bとの関係において述べられた漏れ電流ILKと同様の、相対的な大きい漏れ電流により損傷させられることから保護することができる。
【００１８】
その上、実施形態において、制御回路構成202Aは、スイッチ回路QN11〜QN12、QN21〜QN22、QN31〜QN32、およびQN41〜QN42を制御する、例えば選択的にターンオンまたはオフすることにより、電池セル220の平衡を保ち、以て、電池セルの電池寿命を延ばすことができる。例えば、制御回路構成202Aは、電池セル220の、例えばセル電圧を含む状態を監視することができる。制御回路構成202Aが、電池セル220のうちの電池セルCellQ(Q=1、2、3、または4)が、平衡基準より大きいセル電圧を有するということを検出すると、制御回路構成202Aは、スイッチ回路のうちの対応するスイッチ回路を、対応するスイッチ回路内の第1のスイッチおよび第2のスイッチをターンオンすることによりターンオンする。実施形態において、平衡基準は、あらかじめセットされた電圧基準である。別の実施形態において、平衡基準は、電池セル220のセル電圧の最小セル電圧により決定される。例えば、平衡基準は、あらかじめセットされた電圧をプラスした最小セル電圧と等しくてもよい。さらに別の実施形態において、平衡基準は、電池セル220のセル電圧の平均電圧により決定される。結果として、電池セル220は平衡を保たれ得る。
【００１９】
実施形態において、スイッチ回路のスイッチQN11、QN12、QN21、QN22、QN31、QN32、QN41、およびQN42は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)である。第1のMOSFET QN11のボディダイオードのアノードと、第2のMOSFET QN12のボディダイオードのアノードとの間の接続ノード222は、第1のMOSFET QN11のソースと、第2のMOSFET QN12のソースとの間の接続ノードを含む。
【００２０】
図2Aの例において、スイッチ回路のうちの各々のスイッチ回路のボディダイオードのアノードが、対応する接続ノードに結合される。しかしながら、本発明は、そのように制限されない。他の実施形態において、例えば、図2Bおよび図2Dにおいて示されるように、スイッチ回路のうちの各々のスイッチ回路のボディダイオードのカソードが、それらのカソードの間の対応する接続ノードに結合される。例えば、図2Bにおいて、第1のスイッチQN11のボディダイオードのカソード、および、第2のスイッチQN12のボディダイオードのカソードが、第1のスイッチQN11のボディダイオードのカソードと、第2のスイッチQN12のボディダイオードのカソードとの間の接続ノード224に結合される。
【００２１】
加えて、図2Aの例において、スイッチ回路内のスイッチは、nチャネルMOSFETを含む。しかしながら、本発明は、そのように制限されない。他の実施形態において、スイッチ回路内のスイッチは、例えば、図2Cおよび図2Dにおいて示されるように、pチャネルMOSFETを含む。
【００２２】
図2A、図2B、図2C、および図2Dの例において、スイッチ回路のうちの各々のスイッチ回路は、第1のMOSFETと、第2のMOSFETとを含む。スイッチ回路は、両方のMOSFETをターンオンすることによりターンオンされ得るものであり、スイッチ回路の電力消費は、MOSFETの低電力消費特徴に起因して、相対的に小さい。しかしながら、本発明は、制限されない。他の実施形態において、スイッチ回路は、MOSFETなどのトランジスタと、標準的PN接合ダイオードとを含む。
【００２３】
例として、図3Aにおいて示されるように、電池セルCell1に結合されるスイッチ回路(本明細書においては以降、スイッチ回路QN12〜D11)は、トランジスタQN12と、ダイオードD11、例えば標準的PN接合ダイオードとを含む。実施形態において、トランジスタQN12は、制御回路構成302Aの制御のもとでスイッチとして機能し得るものであり、ダイオードD11は、トランジスタQN12の制御のもとでスイッチとして機能し得る。図3Aの例において、トランジスタQN12は、nチャネルMOSFETを含む。かくして、制御回路構成302Aは、ドライバ回路304Aを制御して、トランジスタQN12のゲート端子においての電圧をプルアップして、トランジスタQN12をターンオンする、または、トランジスタQN12のゲート端子においての電圧をプルダウンして、トランジスタQN12をターンオフすることができる。トランジスタQN12がターンオンされると、電池セルCell1は、順バイアス電圧をダイオードD11に、抵抗器R0およびR1、ならびにトランジスタQN12を通して付与して、ダイオードD11をターンオンすることができる。スイッチ回路QN12〜D11が、さらにはターンオンされ得る。トランジスタQN12がターンオフされると、ダイオードD11およびスイッチ回路QN12〜D11がターンオフされ得る。
【００２４】
実施形態において、ダイオードD11は、スイッチ回路QN12〜D11の第1のスイッチと呼称され得るものであり、トランジスタQN12は、スイッチ回路QN12〜D11の第2のスイッチと呼称され得る。実施形態において、それぞれ電池セルCell2、Cell3、およびCell4に結合される、スイッチ回路QN22〜D21、QN32〜D31、およびQN42〜D41の、回路構造および機能は、スイッチ回路QN12〜D11の回路構造および機能と同様である。ダイオードD21、D31、およびD41は、それぞれ、スイッチ回路QN22〜D21、QN32〜D31、およびQN42〜D41の第1のスイッチと呼称され得る。トランジスタQN22、QN32、およびQN42は、それぞれ、スイッチ回路QN22〜D21、QN32〜D31、およびQN42〜D41の第2のスイッチと呼称され得る。
【００２５】
実施形態において、ダイオードD11、D21、D31、およびD41は、一方向性伝導デバイスであり、それらのダイオードは、それらのカソードからそれらのアノードに流れる電流を遮断する。かくして、電池セルCellK(K=1、2、3、または4)が、他の電池セルに逆に接続される場合、ダイオードDK1は、電池セルCellKから外に流れる、例えば、図1Aとの関係において述べられた漏れ電流IRVと同様の漏れ電流を遮断することができる。換言すれば、平衡回路312A、および/または、平衡回路312Aを含むICパッケージは、図1Aとの関係において述べられた漏れ電流IRVにより損傷させられることから保護され得る。
【００２６】
加えて、実施形態において、電池セル220のうちの頂部電池セルCell4が、頂部スイッチ回路QN42〜D41から切り離される、または、その頂部スイッチ回路との接触不良の接続を有する場合、ダイオードD41は、電池セルCell1、Cell2、およびCell3からコンデンサCCに流れる、例えば、図1Bとの関係において述べられた漏れ電流ILKと同様の漏れ電流を遮断することができる。かくして、スイッチ回路QN42〜D41は、漏れ電流ILKにより損傷させられることから保護され得る。
【００２７】
図3Aの例において、スイッチ回路の各々は、nチャネルMOSFETと、ダイオードとを含む。しかしながら、本発明は、そのように制限されない。別の実施形態において、スイッチ回路の各々は、例えば、図3Bにおいて示されるように、pチャネルMOSFETと、ダイオードとを含み得る。図3Bにおいての平衡回路312Bの動作および機能は、図3Aにおいての平衡回路312Aの動作および機能と同様である。
【００２８】
図4は、本発明の実施形態においての、一組の電池セルに対する平衡回路により実行される動作の例のフローチャートを示している。図4を、図2A、図2B、図2C、図2D、図3A、および図3Bと組み合わせて説明する。具体的なステップが図4において開示されるが、そのようなステップは、例示的な目的での例である。すなわち、本発明による実施形態は、図4において詳述されるステップの、様々な他のステップまたは変形形態を実行することに良好に適したものである。
【００２９】
ステップ402において、制御回路構成(例えば、202A、202B、202C、202D、302A、または302B)は、一組のスイッチ回路(例えば、図2AにおいてのQN11〜QN12、QN21〜QN22、QN31〜QN32、およびQN41〜QN42;図2BにおいてのQN12〜QN11、QN22〜QN21、QN32〜QN31、およびQN42〜QN41;図2CにおいてのQP11〜QP12、QP21〜QP22、QP31〜QP32、およびQP41〜QP42;図2DにおいてのQP12〜QP11、QP22〜QP21、QP32〜QP31、およびQP42〜QP41;図3AにおいてのQN12〜D11、QN22〜D21、QN32〜D31、およびQN42〜D41;または、図3BにおいてのD11〜QP12、D21〜QP22、D31〜QP32、およびD41〜QP42)を制御することにより、一組の電池セル220の平衡を保つ。スイッチ回路のうちの各々のスイッチ回路は、電池セルのうちの対応する電池セルに結合される。各々のスイッチ回路は、第1のダイオードを有する第1のスイッチを含み、第1のダイオードに逆に結合される第2のダイオードを有する第2のスイッチを含む。実施形態において、制御回路構成は、電池セル220のうちの１つの電池セルの迂回電流を可能または不能にすることにより、電池セル220の平衡を保つ。
【００３０】
例えば、ステップ404において、制御回路構成、例えば図2Aにおいての202Aは、スイッチ回路QN11〜QN12をターンオンすることにより、迂回電流IBYが、電池セルCell1の正端子から外に流れるようにすることができる。
【００３１】
ステップ406において、制御回路構成202Aは、第2のスイッチQN12をターンオフすること、または、スイッチQN11およびQN12をターンオフすることにより、迂回電流IBYを不能にすることができる。
【００３２】
上述の説明および図面は、本発明の実施形態を表すが、様々な追加、修正、および置換が、付随する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趣旨および範囲から逸脱することなく、それらの実施形態において行われ得るということが理解されるであろう。当業者は、本発明が、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せられる、本発明の実践において使用される、形式、構造、配置構成、割合、材料、要素、および構成要素、およびその他の、多くの修正を伴って使用され得るということを察知するであろう。現在開示されている実施形態は、それゆえに、すべての態様において、例示的であり、制約的ではないとみなされるべきものであり、本発明の範囲は、添付される特許請求の範囲、および、その法的均等物により指示され、上述の説明には制限されない。
【符号の説明】
【００３３】
200A  電池パック
202A  制御回路構成
202B  制御回路構成
202C  制御回路構成
202D  制御回路構成
212A  平衡回路
220  電池セル
222  接続ノード
224  接続ノード
226  負端子、端子
228  正端子、端子
302A  制御回路構成
302B  制御回路構成
304A  ドライバ回路
312A  平衡回路
312B  平衡回路
CC  フィルタコンデンサ、コンデンサ
Cell1  電池セル
Cell2  電池セル
Cell3  電池セル、隣接電池セル
Cell4  電池セル、頂部電池セル
CellK  電池セル
CellQ  電池セル
D11  スイッチ回路、ダイオード
D21  スイッチ回路、ダイオード
D31  スイッチ回路、ダイオード
D41  スイッチ回路、ダイオード、頂部スイッチ回路
DK1  ダイオード
IBY  迂回電流
ILK  漏れ電流
IRV  漏れ電流
PACK+  正端子、端子
QN11  スイッチ回路、第1のスイッチ、スイッチ、第1のMOSFET
QN12  スイッチ回路、第2のスイッチ、スイッチ、第2のMOSFET、トランジスタ
QN21  スイッチ回路、第1のスイッチ、スイッチ
QN22  スイッチ回路、第2のスイッチ、スイッチ、トランジスタ
QN31  スイッチ回路、第1のスイッチ、スイッチ
QN32  スイッチ回路、第2のスイッチ、スイッチ、トランジスタ
QN41  スイッチ回路、第1のスイッチ、スイッチ、頂部スイッチ回路
QN42  スイッチ回路、第2のスイッチ、スイッチ、頂部スイッチ回路、トランジスタ
QP11  スイッチ回路
QP12  スイッチ回路
QP21  スイッチ回路
QP22  スイッチ回路
QP31  スイッチ回路
QP32  スイッチ回路
QP41  スイッチ回路
QP42  スイッチ回路
R0  電流制限抵抗器、抵抗器
R1  電流制限抵抗器、抵抗器
R2  電流制限抵抗器
R3  電流制限抵抗器
R4  電流制限抵抗器、抵抗器
VCELL1  セル電圧
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【外国語明細書】
2019187234000001.pdf