(57)【要約】      （修正有）【課題】バッテリーを充電での故障及び／又は放電での故障から保護する２次的バッテリー保護回路を提供する。【解決手段】２次的バッテリー保護回路は、第１の端子と第２の端子、第１の端子と第２の端子との間に電気的に接続されたトランジスタ、トランジスタのゲートに電気的に接続されたヒューズ、及び故障状態が生じたときヒューズに十分な電流を流してヒューズを溶断するよう構成したヒューズ制御回路を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子と第２の端子と、
前記第１の端子と前記第２の端子との間に電気的に接続されたトランジスタと、
前記トランジスタのゲートに電気的に接続されたヒューズと、
故障状態が生じたとき前記ヒューズに十分な電流を流して該ヒューズを溶断するよう構成したヒューズ制御回路と、
を具備する２次的バッテリー保護回路。
【請求項２】
前記ヒューズ制御回路に動作可能に接続されたセンサーをさらに具備し、該センサーは、前記２次的バッテリー保護回路により保護すべきバッテリーの故障状態を検出し、該故障状態が検出されたことを表示する信号を前記ヒューズ制御回路に送るよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項３】
前記第１の端子は、保護すべきバッテリーに接続されるよう構成され、前記第２の端子はバッテリー充電回路に接続されるよう構成され、前記センサーはさらに、前記第１の端子に動作可能に接続され、１つ以上の充電での故障を検出するよう構成されていることを特徴とする請求項２に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項４】
前記１つ以上の充電での故障は、過電圧、過電流、及び温度高からなるグループから選択されることを特徴とする請求項３に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項５】
前記トランジスタのソースとドレインにまたがって電気的に接続されたダイオードをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項６】
前記トランジスタのゲートと接地線との間に電気的に接続された抵抗をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項７】
第３の端子をさらに具備し、前記第１の端子は、保護すべきバッテリーに接続されるよう構成され、前記第２の端子は、接地線に接続されるよう構成され、該第３の端子は、バッテリー充電回路に接続されるよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項８】
第１の端子と第２の端子と、
前記第１の端子に電気的に接続された放電スイッチと、
前記放電スイッチと前記第２の端子とに電気的に接続された充電スイッチと、
制御回路であって、
前記第１のヒューズが溶断したとき前記放電スイッチを恒久的に切断するために前記放電スイッチに電気的に接続された第１のヒューズと、
前記第２のヒューズが溶断したとき前記充電スイッチを恒久的に切断するために前記充電スイッチに電気的に接続された第２のヒューズと、
放電での故障状態が生じたとき前記第１のヒューズに十分な電流を流して該第１のヒューズを溶断し、充電での故障状態が生じたとき前記第２のヒューズに十分な電流を流して該第２のヒューズを溶断するよう構成したヒューズ制御回路と、
を具備することを特徴とする制御回路と、
を具備する２次的バッテリー保護回路。
【請求項９】
前記制御回路は、前記ヒューズ制御回路に動作可能に接続された第１のセンサーをさらに具備し、該第１のセンサーは、前記２次的バッテリー保護回路により保護されているバッテリーの充電での故障状態を検出し、該充電での故障状態が検出されたことを表示する第１の信号を前記ヒューズ制御回路に送るよう構成されていることを特徴とする請求項８に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項１０】
前記制御回路は、前記ヒューズ制御回路に動作可能に接続された第２のセンサーをさらに具備し、該第２のセンサーは、前記２次的バッテリー保護回路により保護されているバッテリーの放電での故障状態を検出し、該放電での故障が検出されたことを表示する第２の信号を前記ヒューズ制御回路に送るよう構成されていることを特徴とする請求項９に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項１１】
前記第１のセンサーと前記第２のセンサーとは同じであることを特徴とする請求項１０に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項１２】
前記第１の端子は、保護すべきバッテリーに接続されるよう構成され、前記第２の端子はバッテリー充電回路に接続されるよう構成され、前記第１のセンサーは、前記バッテリーと前記バッテリーチャージャーとの間で１つ以上の充電での故障を検出するよう構成されていることを特徴とする請求項９に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項１３】
前記１つ以上の充電での故障は、過電圧、過電流、及び温度高からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１２に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項１４】
前記第１の端子は、保護すべきバッテリーに接続されるよう構成され、前記第２の端子は、負荷に接続されるよう構成され、前記第２のセンサーは、前記バッテリーと前記負荷との間で１つ以上の放電での故障を検出するよう構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項１５】
前記１つ以上の放電での故障は、過電圧、過電流、及び温度高からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１４に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項１６】
前記充電スイッチは、トランジスタと、該トランジスタのソースとドレインとにまたがって電気的に接続されたダイオードと、を具備することを特徴とする請求項８に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項１７】
前記トランジスタは第１のトランジスタであり、前記ダイオードは第１のダイオードであり、前記放電スイッチは、第２のトランジスタと、該第２のトランジスタのソースとドレインとにまたがって電気的に接続された第２のダイオードと、を具備することを特徴とする請求項１６に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項１８】
前記第１のトランジスタと接地線とにまたがって電気的に接続された第１の抵抗と、前記第２のトランジスタと接地線とにまたがって電気的に接続された第２の抵抗と、をさらに具備することを特徴とする請求項１７に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項１９】
第３の端子をさらに具備し、前記第１の端子は、保護すべきバッテリーに接続されるよう構成され、前記第２の端子は、接地線に接続されるよう構成され、該第３の端子は、バッテリー充電回路に接続されるよう構成されることを特徴とする請求項８に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項２０】
第３の端子をさらに具備し、前記第１の端子は、保護すべきバッテリーに接続されるよう構成され、前記第２の端子は、接地線に接続されるよう構成され、該第３の端子は、負荷に接続されるよう構成されることを特徴とする請求項８に記載の２次的バッテリー保護回路。
【請求項２１】
バッテリーを保護するためのバッテリーパックの１次的保護回路に電気的に接続されたバッテリーの２次的保護回路の操作方法であって、該方法は、
トランジスタをターンオンさせるために第１の端子と２の端子との間に電気的に接続された該トランジスタのゲートにヒューズ制御回路から電圧信号を供給するステップと、
前記トランジスタがターンオンすると前記第１の端子から前記バッテリーに電流が流れるようにするステップと、
前記バッテリーの故障状態を検出し、該故障状態を検出したことを表示する信号をヒューズ制御回路に送るステップと、
前記故障状態を検出した場合、前記ヒューズ制御回路を用いて、ゲートに接続されたヒューズに十分な電流を流して該ヒューズを溶断させることで前記第１の端子から前記バッテリーへの電流の流れを不可能にするステップと、
を具備することを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記バッテリーの１つ以上の充電での故障状態を検出するために、前記ヒューズ制御回路に動作可能に接続されたセンサーを用いるステップをさらに具備することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
１つ以上の充電での故障は、過電圧、過電流、及び温度高からなるグループから選択されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記トランジスタのソースとドレインとにまたがって電気的に接続されたダイオードを介して前記第１の端子から前記バッテリーに電流が流れるのを阻止するステップをさらに具備することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記トランジスタのゲートと接地線との間に電気的に接続された抵抗をさらに具備することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
この出願は、２０１４年１月１３日付の米国仮特許出願番号６１/９２６，７０７、表題「恒久的な無効化を伴う２次電池の保護（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｄｉｓａｂｌe）」に基づく優先権を主張する。この内容は文献として本出願に組み込むものとする。
（技術分野）
本出願は一般に回路保護装置の分野に関し、さらに詳細にはバッテリーパックの保護のための回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な近代的な電子装置は、電子装置に電力を供給するバッテリーを含む。しばしば、これらのバッテリーは再充電可能である。例えば、ラップトップ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、その他の装置は、再充電可能バッテリーを含んでいる。従って、利用者は装置を充電すること、又はもっと正確に言えば、バッテリーを充電することができ、バッテリーは、他の電力源を簡単に使えないとき、又は、使いにくいとき、装置に電力を供給するために使うことができる。
【０００３】
このような電子装置で用いられる再充電可能バッテリーは、多数の２次電池セルを有するものを含む。例えば、リチウムイオンバッテリー及びリチウムイオンポリマーバッテリーは、多数の２次電池セルを含む。２次電池セルの各々は、イオン透過性素材で分離した正電極と負電極とを含む。２次電池セルは電気的に接続し、金属ケースに収納又は袋に配置し、「バッテリーパック」を形成することができる。リチウムベースの２次電池セルの利点は、高い体積エネルギー密度のみならず、繰り返し充電し放電することができる点である。
【０００４】
しかしながら、よく知られているようにリチウムベースの再充電可能バッテリーは、充電、放電、及び動作温度の許容値が狭くなっている。言い換えれば、リチウムベースのバッテリーパックは、過熱も、過充電も、一定の限度を超えた放電もできない。過熱又は過充電の極端な場合は、バッテリーパックは破裂及び／又は焼損することがある。さらに、バッテリーパックからの放電が一定の限度を超えた場合、使用ができなくなり及び／又は安全に再充電ができなくなることがある。従って、これらのバッテリーパックは、故障を避け、使用中の安全を確保するため多くの安全対策をとる必要がある。従って、このようなバッテリーパックは、過充電、過放電、及び２次電池セルが動作温度範囲外となることを減少及び／又は防止するために、通常はバッテリー保護回路を設ける。
【発明の概要】
【０００５】
この概要は、以下に発明の詳細な説明で述べる簡単な概念を抽出し提示するものである。この概要は、特許請求対象の重要な特徴や本質的な特徴を特定することを意図するものでもなく、また、特許請求対象の範囲を定めることを意図するものでもない。
【０００６】
バッテリーパックをチャージャー及び／又は負荷から、的確に恒久的に切断する制御を行うバッテリーパックを保護するための２次的保護回路が必要となる。言い換えれば、作用する外部的要因（例えば、温度、電力供給レベル、その他）に左右されることが少ない２次的保護回路が必要となる。
【０００７】
バッテリーパックの２次的保護回路としての種々の例を提示する。バッテリーパックの２次的保護回路は、第１の端子と第２の端子、第１の端子と第２の端子との間に電気的に接続されたトランジスタ、トランジスタのゲートに電気的に接続されたヒューズ、及び、故障状態が生じたときヒューズに十分な電流を流してヒューズを溶断するよう構成したヒューズ制御回路を含むことができる。
【０００８】
バッテリーパックの２次的保護回路としての種々の例を提示する。バッテリーパックの２次的保護回路には、第１の端子と第２の端子、第１の端子に電気的に接続された放電スイッチ、放電スイッチと第２の端子とに電気的に接続された充電スイッチ、第１のヒューズが溶断したとき放電スイッチを恒久的に切断するために放電スイッチに電気的に接続された第１のヒューズを有する制御回路、第２のヒューズが溶断したとき充電スイッチを恒久的に切断するために充電スイッチに電気的に接続された第２のヒューズ、及び、放電での故障状態が生じたとき第１のヒューズに十分な電流を流して第１のヒューズを溶断し、充電での故障状態が生じたとき第２のヒューズに十分な電流を流して第２のヒューズを溶断するよう構成したヒューズ制御回路を含むことができる。
【０００９】
いくつかの例では、ヒューズが制御集積回路（ＩＣ）の中にあるバッテリーパックの２次的保護回路としての種々の実施の形態を提示している。制御ＩＣの中にあるヒューズは、このヒューズを流れる電流のレベルがバッテリーパックに出入りする電流より格段に小さいので、バッテリーの２次的保護回路中の従来のヒューズと比べて小さくすることができる。従って、従来技術よりヒューズが速く確実に溶断する。さらに、従来技術における装置で必要とされる部品（例えば、２つの抵抗が付属する２本の大きなヒューズ）をなくすことができ、コスト及び組み立ての困難さを軽減することができる。
【００１０】
バッテリーを保護するためのバッテリーパックの１次的保護回路に電気的に接続されたバッテリーの２次的保護回路の少なくとも１つの操作方法について種々の例を提示する。この方法は、トランジスタをターンオンさせるために第１の端子と２の端子との間に電気的に接続されたトランジスタのゲートにヒューズ制御回路から電圧信号を供給するステップと、トランジスタがターンオンすると第１の端子からバッテリーに電流が流れるようにするステップと、バッテリーの故障状態を検出し、故障状態を検出したことを表示する信号をヒューズ制御回路に送るステップと、故障状態の場合、ヒューズ制御回路を用いて、ゲートに接続されたヒューズに十分な電流を流してヒューズを溶断させることで第１の端子からバッテリーへの電流の流れを不可能にするステップと、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
開示した装置の具体的実施の形態を実施例として、添付図を参照して説明する。
【図１】２次的保護回路を含むバッテリー保護回路のブロック線図である。
【図２】２次的保護回路のブロック線図である。
【図３】本開示での少なくともいくつかの実施の形態により構成した、２次的保護回路の一例のブロック線図である。
【図４】本開示での少なくともいくつかの実施の形態により構成した、２次的保護回路の一例のブロック線図である。
【図５】本開示での少なくともいくつかの実施の形態により構成した、２次的保護回路の一例のブロック線図である。
【図６】本開示での少なくともいくつかの実施の形態により構成した、２次的保護回路の一例のブロック線図である。
【図７】本開示での少なくともいくつかの実施の形態により構成した、２次的保護回路の一例の一部についてのブロック線図である。
【図８】本開示による２次的保護回路装置の製造方法の実施の形態のフロー線図を示す。
【図９】本開示による２次的保護回路装置の製造方法の実施の形態の別のフロー線図を示す。
【図１０】本開示による２次的保護回路装置の操作方法の実施の形態のフロー線図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示を、好ましい実施の形態を示す添付図を参照して、以下にさらに詳細に説明する。保護回路は、しかしながら、異なる形状で実施することが可能であり、ここに記載した実施の形態に限定することを解釈すべきものではない。むしろ、これらの実施の形態は、この記載を完全なものとし、ここに記載した保護回路の範囲を当業者に十分伝えるために、提示するものである。図において、類似の番号は全般にわたって類似のエレメントを意味する。
【００１３】
以下に記載するように、本開示の種々の実施の形態はバッテリーパックの２次的保護回路を提供するものである。バッテリーパックの２次的保護回路は、第１の端子と第２の端子、第１の端子と第２の端子との間に電気的に接続されたトランジスタ、トランジスタのゲートに電気的に接続されたヒューズ、及び、故障状態になった場合にヒューズに十分な電流を流してヒューズを溶断するよう構成したヒューズ制御回路を含むことができる。
【００１４】
２次的保護回路は、バッテリーパックを保護するための１次的保護回路に含めることができる。例えば、本開示の種々の実施の形態は、リチウムイオンバッテリーパック又はリチウムイオンポリマーバッテリーパックを保護するために提供することができる。ここに記載した２次的保護回路は、故障状態のときに１次的保護回路がバッテリーを切り離さなかった場合にチャージャー及び／又は負荷からバッテリーパックを恒久的に切り離すために設置することができる。保護回路は、過充電又は過放電からバッテリーパックを保護するだけでなくバッテリーパックの充電及び放電を制御する、１次的保護集積回路（ＩＣ）を含む。１次的保護ＩＣは、トランジスタを制御して、チャージャー又は負荷からバッテリーパックを電気的に切り離す。
【００１５】
保護回路の安全な試験には、１次的保護装置を除去しバッテリーパックを監視して、故障状態にした後でも、バッテリーパックが安全な状態を維持することができるかどうかを判断する単一要素の故障方法を含むことができる。この一例としては「不正過充電」テストがあり、チャージャーを切り離すのに用いるトランジスタを短絡させたとき、すなわち、１次的保護ＩＣの意図する機能を取り除いたとき、バッテリーパックを危険な過電圧状態にするものである。
【００１６】
不正過充電テストをうまくパスするためには、１次的保護ＩＣが故障したとき保護機能を提供する２次的保護機構をバッテリーパックに含めることができる。この２次的保護機構は、チャージャー及び／又は負荷からバッテリーパックを恒久的に切り離すために用いることができる。これは、不正過充電はリチウムベースの２次電池セルには非常に危険となるため、このような故障が生じた場合に、バッテリーパックを恒久的に使えなくするほうが安全だからである。従って、保護回路は、１次的保護ＩＣも含むことができ、不正過充電が生じた場合に、充電回路にバッテリーパックを恒久的に使えなくする（例えば、電気的に切り離す）ためのヒューズ又は熱的遮断機構を制御する。
【００１７】
図１は、バッテリー１１０を保護するための例示的バッテリー保護回路１００を示す。端子１０２及び１０４は、バッテリー１１０をチャージャー又は負荷（例えば、電子装置）に電気的に接続するために取り付けられる。保護回路１００には、放電スイッチ１３０及び充電スイッチ１４０を制御するための制御ＩＣ１２０が含まれる。放電スイッチ１３０及び充電スイッチ１４０のような放電スイッチの各々には、トランジスタ１３２、１４２（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、その他）及びダイオード１３４、１４４が含まれる。ダイオード１３４、１４４は、トランジスタ１３２、１４２のソース及びドレインをまたいで電気的に接続される。通常の充電／放電動作において、 制御ＩＣ１２０は、両方のスイッチ１３０及び１４０を（例えば、これらをターンオンするためにトランジスタ１３２、１４２のゲートに高い電圧を加えることにより）ターンオンする。
【００１８】
充電故障（例えば、過電圧状態、過電流状態、温度高状態、その他）が検出されたときはいつでも、制御ＩＣ１２０が充電スイッチ１４０を（例えば、トランジスタ１４２をターンオフすることにより）ターンオフし、バッテリー１１０の充電を停止する。放電電流はしかしながら、放電スイッチ１３０及び充電スイッチ１４０のダイオード１４４を通って流れることができる。放電故障（例えば、低電圧、過電流、温度高、その他）が検出されたときはいつでも、制御ＩＣ１２０が放電スイッチ１３０をターンオフし、バッテリー１１０の放電を停止する。充電電流はしかしながら、充電スイッチ１４０及び放電スイッチ１３０のダイオード１３４、１４４を通って流れることができる。
【００１９】
保護回路１００にはまた、２次的保護機構としての役割を果たし、動作すると、バッテリー１１０を端子１０２から恒久的に電気的に切り離すことで充電及び／又は放電を停止する、２次的保護回路１５０がふくまれる。例えば、故障状態のときに制御ＩＣ１２０がスイッチ１３０、１４０の一方をターンオフできなかった場合、２次的保護回路１５０が動作し、バッテリー１１０を端子１０２から恒久的に切り離すことができる。図１に示すように、２次的保護回路１５０には、ヒューズ１５２を含めることができる。２次的保護回路１５０には、その代わり、他の保護装置（例えば、正特性サーミスタ、その他）を含めることができる。２次的保護回路１５０の欠点は、しかしながら、ヒューズ１５２を溶断させるために大電流が必要なことである。さらに、故障状態が生じた時と、ヒューズ１５２が溶断する時との間に一定の時間遅れがあることが経験的に知られている。従って、バッテリーパック１１０は、この期間危険な状態にさらされる可能性がある。
【００２０】
図２は、図１の２次的保護回路１５０と代替することができる２次的保護回路２００の例を示す。２次的保護回路２００には、２次的保護回路２００を１次的保護回路（例えば１００）に接続する端子２０２及び２０４が含まれる。
【００２１】
恒久的切断回路２３０を動作させ、端子２０４及びスイッチ２４０から端子２０２を恒久的に電気的に切断するための恒久的切断回路２３０が取り付けられる。恒久的切断回路２３０には、ヒューズ２３６、２３８と一体となった２３２、２３４抵抗が含まれる。スイッチ２４０には、トランジスタ２４２及びダイオード２４４が含まれる。バッテリーパック２１０の故障状態を監視し、このような故障状態が検出されたときスイッチ２４０をターンオンするための２次制御ＩＣ２２０が設置される。例えば、２次制御ＩＣ２２０が故障（例えば、異常な電圧、電流、又は温度）を検出したとき、スイッチ２４０内のトランジスタ２４２をターンオンする。トランジスタ２４２がターンオンすると、電流は、恒久的切断回路２３０の抵抗２３２、２３４を通って流れる。抵抗２３２、２３４に生じた熱により、ヒューズ２３６、２３８の内の一方又は両方が溶断し、これにより、バッテリーパック２１０が端子２０２から恒久的に切り離される。
【００２２】
２次的保護回路２００は、 図１に記載した２次的保護回路１５０よりも適切な制御を可能とする。言い換えれば、ヒューズ（例えば、ヒューズ１５２）は、溶断させるために定格電流を上回る非常に大きな電流を要求及び／又は必要とすることがあり、これは溶断時間を遅くすることにつながる可能性がある。２次的保護回路２００はしかしながら、例えば、トランジスタと比べて全体的に反応時間が遅い温度ヒューズ技術を、それでも用いている。さらに、抵抗２３２、２３４により生じる熱は、バッテリー／チャージャーの電圧及び周囲温度に応じて変化する。従って、過電圧、過電流、又は温度高状態が検出されても、抵抗２３２、２３４の加熱及びヒューズ２３６、２３８（例えば、温度ヒューズ）の溶断は、それでもなお正確に制御することが不可能な種々のパラメータに依存することがある。加えて、恒久的な回路２３０の切断は、抵抗２３２、２３４及びヒューズ２３６、２３８をしばしば一体に組み込むので、組み立てに費用がかかる。
【００２３】
ここで図３〜図７を参照して、バッテリーパックをチャージャー及び／又は負荷から恒久的に切り離す正確な制御を提供することによりバッテリーパックの２次的保護回路を行う、種々の実施の形態が示されている。言い換えれば、作用する外的条件（例えば、温度、電力供給レベル、その他）にあまり左右されない種々の実施の形態が、２次的保護回路として描かれている。
【００２４】
さらに詳細には、図３〜図４は、充電での故障（例えば、過電圧、過電流、温度高、その他）に対してバッテリーパックを保護するよう構成された２次的保護回路を示し、図５〜図６は、充電での故障及び放電での故障（例えば、低電圧、過電流、温度高、その他）に対してバッテリーパックを保護するよう構成された２次的保護回路を示す。図７は、２次的保護回路の一部を示す。図３〜図７に示した２次的保護回路は、バッテリーパックを電力源（例えば、チャージャー）又は負荷（例えば、電子装置）から恒久的に電気的に切り離し、バッテリーパックが安全でない状態になることを防止することができるよう構成されている。
【００２５】
図３を詳細に参照すると、バッテリーパック３１０を保護するための２次的保護回路３００のブロック線図が示されている。２次的保護回路３００には、２次的保護回路３００を１次的保護回路に電気的に接続するための端子３０２及び３０４が含まれる。言い換えれば、端子３０２は、２次的保護回路をチャージャー及び／又は負荷に接続するために用いることができ、端子３０４は、２次的保護回路を接地線に接続するために用いることができる。
【００２６】
２次制御ＩＣ３２０は、端子３０２をバッテリー３１０から電気的に切断するためのスイッチ３３０を制御するために設けられる。スイッチ３３０には、トランジスタ３３２及びダイオード３３４が含まれる。トランジスタ３３２のソース及びドレインは、端子３０２及びバッテリー３１０に電気的に接続されている。さらに、ダイオード３３４は、トランジスタ３３２のソース及びドレインをまたいで接続され、ダイオード３３４は、電流が端子３０２からバッテリー３１０に流れるのを防止している。
【００２７】
２次制御ＩＣ３２０には、バッテリーについて故障状態を検出するためのセンサー３２２が含まれる。当然のことながら、バッテリーの故障状態を判断する様々なセンサー及びセンサー機構を設けることができる。一般に、しかしながら、センサー３２２及び２次制御ＩＣ３２０は、充電に関する故障（例えば、過電圧、過電流、温度高、その他）を判断することができる。ヒューズ制御回路３２４及びヒューズ制御回路３２６もまた設けられる。ヒューズ制御回路３２４は、センサー３２２に接続され、センサーから故障状態の表示を受け取る。ヒューズ３２６は、ヒューズ制御回路３２４及びトランジスタ３３２のゲートに電気的に接続されている。さらに、抵抗３２８を端子３０４（例えば、接地線）及びトランジスタ３３２のゲートとの間に電気的に接続することができる。ここで説明のため、「接続する」及びそれに派生する用語は、２以上のエレメントが直接物理的に、又は電気的に相互に接触していること、又は２以上のエレメントが直接的に相互に接触していないが、それでも相互に協力し合いまた相互に作用しあうことを示すものである。
【００２８】
スイッチ３３０は、電流がバッテリー３１０をチャージするために流れたとき、バッテリー３１０を端子３０２、３０４から恒久的に電気的に切断することを可能にするよう構成されている。正常運転状態（例えば、正常は故障状態ではないとして定義される）では、ヒューズ制御回路３２４は、高電圧信号をトランジスタ３３２のゲートに送り、トランジスタをターンオンさせることにより、バッテリー３１０を充電するために、端子３０２からバッテリー３１０に電流が流れるようにする。異常状態が検出されたときヒューズ３２６を溶断させるのに十分な電流がヒューズ３２６に流れる。トランジスタ３３２のゲートは、それにより、抵抗３２８を介して端子３０４（例えば、接地線）につながる。従って、ゲートの電圧は低くなり、トランジスタ３３２がターンオフする。その結果、端子３０２からバッテリー３１０に電流が流れることができなくなり、危険な充電状態となる可能性を断ち切る。重要なのは、このことはバッテリー３１０の充電機能を恒久的に不可能にすることである。
【００２９】
重要なのは、ヒューズ３２６は、バッテリー３１０に流れる電流及びバッテリー３１０から流れる電流に比べてヒューズ３２６（例えば、通電容量）を小さくすることができることである。従って、ヒューズ３２６の溶断の制御が、従来のシステムより、簡単で信頼性のあるものとなる。
【００３０】
図４を詳細に参照すると、２次的保護回路３００の代替的構成が示されている。言い換えれば、図４は、別の方法で構成した２次的保護回路３００の部品を含む、２次的保護回路４００を示す。より詳細には、２次的保護回路４００には、端子３０２と端子３０４との間に接続されたバッテリー３１０、２次制御ＩＣ３２０、及びスイッチ３３０が含まれる。しかし、スイッチ３３０は、（図３の２次的保護回路３００でのバッテリー３１０と端子３０２との間とは反対に）バッテリー３１０と端子３０４との間に直列に接続される。言い換えれば、スイッチ３３０は、端子３０２（例えば、正端子）の代わりに端子３０４（例えば、接地端子）に接続される。
【００３１】
図示の通り、トランジスタ３３２のソース及びドレインは、端子３０４及びバッテリー３１０に接続される。トランジスタ３３２のゲートは図３と同様に接続されている。さらに詳細には、ゲートはューズ３２６を通ってヒューズ制御３２４と接続され、抵抗３２８を通って接地線に接続される。上記の内容からわかるように、２次的保護回路４００の動作は、２次的保護回路３００について上述したものと同様である。
【００３２】
図５を詳細に参照すると、バッテリーパック５１０を保護するための２次的保護回路５００のブロック線図が示されている。２次的保護回路５００には、２次的保護回路５００を１次的保護回路に電気的に接続する端子５０２及び５０４が含まれる。言い換えれば、端子５０２は、２次的保護回路をチャージャー及び／又は負荷に接続するために用いることができ、端子５０４は２次的保護回路を接地線に接続するために用いることができる。
【００３３】
２次制御ＩＣ５２０は、スイッチ５３０（例えば、充電スイッチ）及びスイッチ５４０（例えば、放電スイッチ）が、充電及び／又は放電時に端子５０２をバッテリーから電気的切断するのを制御するために設けられる。各々のスイッチには、トランジスタ（例えば、５３２、５４２）及びダイオード（例えば、５３４、５４４）が含まれる。スイッチ５３０、５４０は、端子３０２とバッテリー５１０との間に接続される。２次制御ＩＣ５２０は、スイッチをターンオンさせるために各スイッチのトランジスタ（例えば、５３２、５４２）のゲートに高電圧信号を加えることにより、スイッチ５３０、５４０を入れるよう構成されている。
【００３４】
充電スイッチ５３０中のダイオード５３４は、充電電流（例えば、端子３０２からバッテリー３１０に流れる電流）をブロックし、放電電流（例えば、バッテリー３１０から端子３０２に流れる電流）を流すように構成されている。同様に、放電スイッチ５４０内のダイオード５４４は、放電電流をブロックし、充電電流を流すように構成されている。
【００３５】
２次制御ＩＣ５２０には、バッテリー５１０全般にわたる故障状態を検出するためのセンサー５２２が含まれている。当然のことながら、バッテリー中の故障状態を判断するための様々なセンサー及び検出機構を設けることができる。一般に、しかしながら、センサー５２２及び２次制御ＩＣ５２０は、充電に関する故障（例えば、過電圧、過電流、温度高、その他）又は、放電に関する故障（例えば、低電圧、過電流、温度高、その他）を判断することができる。ヒューズ制御回路５２４は、センサー５２２に接続され、故障状態であるとの信号をセンサー５２２から受け取る。
【００３６】
ヒューズ制御回路５２４、及び、ヒューズ５２６及び５２７も設けられる。ヒューズ５２６は、ヒューズ制御回路５２４と、充電スイッチ５３０中のトランジスタ５３２のゲートとの間に電気的に接続される。ヒューズ５２７は、開放型ヒューズとすることができ、ヒューズ制御回路５２４と、放電スイッチ５４０中のトランジスタ５４２のゲートとの間に電気的に接続される。さらに、抵抗５２８、５２９は、それぞれ、端子５０４（例えば、接地線）と、トランジスタ５３２、５４２との間電気的に接続される。
【００３７】
スイッチ５３０（例えば、充電スイッチ）は、電流がバッテリー５１０を充電するために流れたとき端子５０２、５０４からバッテリー５１０を恒久的に切断することができるよう構成される。詳細には、２次制御ＩＣ５２０は、スイッチ５３０を恒久的にターンオフし、バッテリーを充電するために流れる電流路を切断するよう構成される。しかしながら、スイッチ５３０には、ダイオード５３４が含まれているので、放電スイッチ５４０がオンのとき、（例えば、バッテリーから端子５０２への）放電電流路は依然として確保されている。
【００３８】
同様に、放電スイッチ５４０は、電流がバッテリー５１０から流れ出ているとき端子５０２、５０４からバッテリー５１０を恒久的に切断することができるよう構成される。詳細には、２次制御ＩＣ５２０は、スイッチ５４０を恒久的にターンオフし、バッテリーから放電するために必要な電流路を切断するよう構成される。しかしながら、スイッチ５４０には、ダイオード５４４が含まれているので、充電スイッチ５３０がオンのとき、（例えば、端子５０２からバッテリー５１０への）充電電流路は依然として確保されている。
【００３９】
通常運転時、ヒューズ制御回路５２４はトランジスタ５３２、５４２をターンオンさせるためにトランジスタのゲートに高電圧信号を送り、それにより、バッテリー５１０を充電するために端子５０２からバッテリー５１０に電流を流し、バッテリーを放電するために（例えば、負荷に電力供給するために）バッテリー５１０から端子５０２に電流を流すことができる。異常な充電状態と判断されたとき、ヒューズ５２６を溶断させるのに十分な電流がヒューズ５２６に流れる。トランジスタ５３２のゲートは、抵抗５２８を通って端子５０４（例えば、接地線）接続される。従って、ゲートでの電圧は、引き下げられ、トランジスタ５３２はターンオフとなる。その結果、端子５０２からバッテリー５１０に電流が流れなくなり、危険な充電状態となる可能性を断ち切る。重要なのは、このことは、バッテリー５１０の充電機能を恒久的に不可能にすることである。
【００４０】
異常放電状態が生じたとき、ヒューズ５２７を溶断させるのに十分な電流がヒューズ５２７に流れる。トランジスタ５４２のゲートは、抵抗５２９を通って端子５０４（例えば、接地線）接続される。従って、ゲートでの電圧は、引き下げられ、トランジスタ５４２はターンオフとなる。その結果、バッテリー５１０から端子５０２までに電流が流れなくなり、危険な放電状態となる可能性を断ち切る。重要なのは、このことは、バッテリー５１０の放電機能を恒久的に不可能にすることである。
【００４１】
図６を詳細に参照すると、２次的保護回路５００の代替的な構成が示されている。言い換えれば、図６は、別の方法で構成した、２次的保護回路５００の部品を含む、２次的保護回路６００を示す。より詳細には、２次的保護回路６００には、端子５０２と端子５０４との間に接続されたバッテリー５１０、２次制御ＩＣ５２０、及びスイッチ５３０、５４０が含まれる。しかし、スイッチ５３０、５４０は、（図５の２次的保護回路５００でのバッテリー５１０と端子５０２との間とは反対に）バッテリー５１０と端子５０４との間に直列に接続されている。言い換えれば、スイッチ５３０、５４０は、正端子５０２の代わりに接地端子５０４に接続される。
【００４２】
図示の通り、トランジスタ５３２、５４２のソース及びドレインは、端子５０４及びバッテリー５１０に接続される。トランジスタ５３２、５４２のゲートは図５と同様に接続されている。さらに詳細には、ゲートはヒューズ５２６、５２７を通って５２４に接続され、抵抗５２８、５２９を通って接地線に接続される。上記の内容からわかるように、２次的保護回路６００の動作は、２次的保護回路５００について上述したものと同様である。
【００４３】
図７を詳細に参照すると、２次制御ＩＣ７００の例が示されている。２次制御ＩＣ７００は、充電（例えば、ヒューズ３３０、ヒューズ５３０、その他）又は放電（例えば、ヒューズ５４０）のどちらかの２次的保護を行うよう構成される。当然のことながら、これは限定のためではなく、明確にかつ容易に理解することができることを目的とする。
【００４４】
２次制御ＩＣ７００には、バッテリーについて故障状態を監視するセンサー７２２をバッテリーに接続するための端子７２２−Ａ及び７２２−Ｂを有するセンサー７２２が含まれる。加えて、２次制御ＩＣ７００には、バッテリーをチャージャー又は負荷から切り離すために、恒久的に閉じているスイッチ（例えば、トランジスタ３３２、５３２、５３２、その他）にあるトランジスタのゲートに接続するためのヒューズ７２６及び抵抗７２８が含まれる。端子７２６−Ａは、ヒューズ７２６及び抵抗７２８をスイッチ内のトランジスタのゲートに接続するために設けられる。加えて、電力レール７０２及び接地レール７０４が、２次制御ＩＣ７００を電力線及び接地線に接続するために設けられる。２次制御ＩＣにはまた、トランジスタドライバ７６０（例えば、ドライバ回路、チャージポンプ、その他）が含まれ、トランジスタをターンオンするために高電圧信号を端子７２６−Ａに送る。トランジスタ７７０、７８０を短絡させるヒューズは、また、ヒューズ７２６を溶断させるために、電力レール７０２と接地レール７０４との間のヒューズ７２６を短絡するために取り付けられる。さらに詳細には、異常状態が検出されたとき、ヒューズ制御回路７２４は、ヒューズ短絡トランジスタ７７０、７８０をターンオンさせることができ、電力レール７０２から、トランジスタ７７０、ヒューズ７２６、トランジスタ７８０を通って接地レール７０４に大電流を流すことができる。このような大電流により、ヒューズ７２６は即座に溶断し、それにより、トランジスタドライバ７６０は端子７２６−Ａに接続されたトランジスタをターンオンすることができなくなる。
【００４５】
上述の通り、２次制御ＩＣ７００は、明確に分かりやすく、１つのスイッチに恒久的な切断特性をもたらすよう構成されることが示されている。これは限定を意図するものではない。例えば、２次制御ＩＣ７００は、複数のスイッチの切断特性（例えば、ヒューズ５２６、５２７の溶断、その他）を複数のペアのトランジスタを短絡することによる構成とすることができ、それにより、電流制限回路の温度依存性、及び電力供給効果を削減することができる。
【００４６】
図８は、本開示の実施の形態によるバッテリーパックを保護するための２次的保護回路を製造する方法８００のフロー線図である。例えば、説明のために、図８の製造方法８００は、２次的保護回路３００、２次的保護回路装置３００、及び／又は、２次的保護回路 装置７００の製造のために用いることができることとする。この製造方法８００はブロック８０２で始まる。製造方法８００はブロック８０４に移る。ブロック８０４にて、第１の端子及び第２の端子が、ブロック８０４で取り付けられる。ブロック８０６で、第１の端子と第２の端子との間を電気的に接続するトランジスタが取り付けられる。この製造方法８００では、ブロック８０８でトランジスタのゲートに電気的に接続されたヒューズが取り付けられる。この製造方法８００では、ブロック８１０で故障状態が生じたときヒューズを溶断するのに十分な電流を流すよう構成されたヒューズ制御回路が取り付けられる。この製造方法８００は、ブロック８１２で終了することができる。
【００４７】
図９は、本開示の実施の形態によるバッテリーパックを保護するための２次的保護回路を製造する方法９００のフロー線図である。例えば、説明のために、図９の製造方法８００は、２次的保護回路装置５００及び／又は２次的保護回路装置６００の製造のために用いることができることとする。この製造方法９００はブロック９０２で始まる。製造方法９００はブロック９０４に移る。ブロック９０４にて、第１の端子及び第２の端子が、ブロック９０４で取り付けられる。この製造方法では、ブロック９０６で第１の端子と電気的に接続された放電スイッチが取り付けられる。この製造方法９００では、ブロック９０８で、放電スイッチ及び第２の端子と電気的に接続された充電スイッチが取り付けられる。この製造方法９００では、ブロック９１０で、第１のヒューズが溶断した場合、放電スイッチを恒久的にターンオフするための、放電スイッチと電気的に接続された第１のヒューズと、第２のヒューズが溶断した場合、充電スイッチを恒久的にターンオフするための、充電スイッチと電気的に接続された第２のヒューズと、放電での故障状態になった場合、第１のヒューズを溶断するのに十分な電流を第１のヒューズに流し、充電での故障の場合第２のヒューズを溶断するのに十分な電流を第２のヒューズに流すよう構成されたヒューズ制御回路と、を具備する制御回路が取り付けられる。この製造方法９００は９１２で終了することができる。
【００４８】
図１０は、本開示の実施の形態によるバッテリーパックの保護のための２次的保護回路装置の操作方法１０００のフロー線図を示す。操作方法１０００はブロック１００２で始まる。操作方法１０００はブロック１００４に移る。操作方法１０００において、ブロック１００４でトランジスタをターンオンするために、第１の端子と第２の端子との間に電気的に接続されたトランジスタのゲートに、ヒューズ制御回路から電圧信号（例えば、高電圧信号）を入力する。
【００４９】
操作方法１０００において、ブロック１００６でトランジスタがターンオンすると第１の端子からバッテリーに電流が流れる。操作方法１０００において、ブロック１００８で、バッテリーの故障状態が検出され、故障状態が検出されたことを示す信号がヒューズ制御回路に送られる。１つの実施の形態において、操作方法１０００では、ヒューズ制御回路に動作可能に接続されたセンサーを用い、バッテリーの１以上の充電での故障を検出し、１以上の充電での故障を、過電圧、過電流、及び温度高からなるグループから選択する。
【００５０】
操作方法１０００では、ブロック１０１０で、故障状態の場合ヒューズ制御回路を用いて、ゲートに接続されたヒューズを溶断するのに十分な電流をそのヒューズに流すことにより第１の端子からバッテリーに電流が流れないようにする。１つの実施の形態において、トランジスタのソースとドレインとにまたがって電気的に接続されたダイオードを介して、第１の端子からバッテリーに電流が流れるのを阻止する。操作方法１０００はブロック１０１２で終了することができる。
【００５１】
従って、説明したように、本開示は、チャージャー及び／又は負荷から恒久的にバッテリーパックを切り離す高効率かつ精度の高い制御でのバッテリーパックの保護により、顕著な改善と利点をもたらす。言い換えれば、温度及び電力供給量が変化しても、抵抗を横切る電圧低下を正確に測定することができるので、電流制限回路における温度及び電力供給量への依存度を下げるなど、本開示では、外的条件（例えば、温度、電力供給量、その他）にあまり左右されない２次的保護回路を提供することができる。
【００５２】
１つの実施の形態において、２次的バッテリー保護回路は、充電での故障及び／又は放電での故障からバッテリーを保護する。２次的バッテリー保護回路は、第１の端子及び第２の端子、この第１の端子と第２の端子との間に電気的に接続されたトランジスタ、トランジスタのゲートに電気的に接続されたヒューズ、及び、故障状態の場合にヒューズを溶断させるのに十分な電流をヒューズに流すよう構成されたヒューズ制御回路を含むことができる。２次的バッテリー保護回路にはヒューズ制御回路に動作可能に接続されたセンサーが含まれ、このセンサーは、２次的バッテリー保護回路により保護されているバッテリーの故障状態を検出し、故障状態が検出されたことを表示する信号をヒューズ制御回路に送るよう構成されている。第１の端子は、保護すべきバッテリーに接続されるよう構成され、第２の端子はバッテリー充電回路に接続されるよう構成され、センサーはさらに、第１の端子に動作可能に接続され、１つ以上の充電での故障の故障を検出するよう構成されている。１つ以上の充電での故障は、過電圧、過電流、及び温度高からなるグループから選択される。２次的バッテリー保護回路はさらに、トランジスタのソースとドレインとにまたがって電気的に接続されたダイオード、及び、トランジスタのゲートと接地線との間に電気的に接続された抵抗を具備する。２次的バッテリー保護回路はさらに、第３の端子を具備し、第１の端子は、保護すべきバッテリーに接続されるよう構成され、第２の端子は、接地線に接続されるよう構成され、第３の端子は、バッテリー充電回路に接続されるよう構成される。
【００５３】
言い換えれば、第１の端子は、保護すべきバッテリーに接続されるよう構成され、第２の端子は、バッテリー充電回路に接続されるよう構成され、第１のセンサーは、バッテリー及びバッテリーチャージャーの間で１以上の充電での故障を検出するよう構成される。
【００５４】
特定の実施の形態を参照して本発明を開示したが、記載した実施の形態に対して、添付特許請求の範囲で定義した本発明の技術的範囲から逸脱することなく、多くの修正、変更、及び変形が可能である。従って、本発明は記載した実施の形態に限定するものではなく、以下の特許請求の範囲の言葉及びその均等物で定義される全範囲を有するものである。
【００５５】
上述した中に開示した構成の例が含まれる。当然のことながら、部品及び／又は方法の考えうるすべての組み合わせを記載するのは不可能であるが、本技術分野で通常の知識を有する者は、さらに多くの組み合わせ及び置換が可能であることを認識するかもしれない。従って、新規な構成はすべてのそのような、添付請求項精神及び範囲内にある変更、修正、変形を含めるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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