KR100339821B1

KR100339821B1 - 휴대용 전기 장치용의 내장 안전 회로를 구비한 재충전 가능 배터리

Info

Publication number: KR100339821B1
Application number: KR1019997005624A
Authority: KR
Inventors: 푸랜나하겐브죄른; 밴야스티머시
Original assignee: 클라스 노린, 쿨트 헬스트룀; 텔레폰악티에볼라겟엘엠에릭슨(펍)
Priority date: 1996-12-23
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2002-06-07
Also published as: EE03539B1; AU5580798A; JP2001507200A; HK1024570A1; CN1240057A; PL334050A1; EE9900249A; WO1998028831A1; SE9604766D0; KR20000069622A; US6049144A; AU728543B2; EP0947040A1; BR9713626A; CN1078966C; SE516507C2; SE9604766L

Abstract

휴대용 전기 장치용의 재충전 가능 배터리는 적어도 하나의 배터리 셀(10) 및 배터리 셀과 직렬로 접속되는 퓨즈 장치(12; 13)를 가진다. 더욱이, 상기 배터리는 상기 배터리 셀(10)에 병렬로 접속되고 제어 입력(22)에서의 전압에 응답하여 비전도 상태 및 전도 상태를 각각 필수적으로 취하도록 배치되는 전압 제어 능동 장치(20)와, 상기 능동 장치의 제어 입력에 접속되는 기준 전압 장치(30)를 포함한다. 상기 능동 장치(20)는 배터리 셀 양단의 전압이 기준 전압 장치에 의해 공급되는 기준 전압으로부터 소정값만큼 벗어날 때 비전도 상태에서 전도 상태로 전환하도록 배치되며, 그것에 의해 배터리 셀(10) 양단의 단락 회로 및 퓨즈 장치(12; 13)의 이완을 형성한다. 상기 전압 제어 능동 장치(20), 기준 전압 장치(30) 및 퓨즈 장치(12; 13)는 집적된 전자 구성 요소(40)를 형성한다.

Description

휴대용 전기 장치용의 내장 안전 회로를 구비한 재충전 가능 배터리{A RECHARGEABLE BATTERY WITH A BUILT-IN SAFETY CIRCUIT FOR A PORTABLE ELECTRIC APPARATUS}

전술한 종류의 재충전 가능 배터리는 이동 전화, 휴대용 컴퓨터, 개인 휴대용 정보 단말기(PDA), 휴대용 통신 장치 등과 같은 여러 가지 휴대용 전기 장치용의 전원으로서 사용된다. 임의의 공통적으로 사용되는 이동 원거리 통신 시스템(예컨대, GSM)용의 이동 전화는 그러한 휴대용 전기 장치의 일 예로서 본 명세서에 전반적으로 사용될 것이며, 그것에 의해 본 발명을 특히 이동 전화만으로 제한하지는 않는다.

전술한 형태의 재충전 가능 배터리에는 예컨대, 화재 또는 폭발과 같은 여러 가지 심각한 종류의 손상의 생성을 발생하는 오조작을 방지하기 위해 더 또는 덜 복잡한 안전 회로가 제공되어 있다. 자주 사용되는 형태의 배터리는 리튬 기초 배터리 셀을 포함하는 배터리이다. 리튬 기초 배터리는 높은 에너지 밀도와 같은 여러 가지 이점을 가지며, 그것에 의해 후속 재충전 사이의 긴 동작 시간을 갖지만,그러한 배터리는 예컨대, 단락 회로와 같은 전기 오동작의 발생의 결과 비정상적으로 높은 전압 또는 전류에 민감하다. 현재 재충전 가능 배터리에는 배터리 팩내에 인쇄 회로 기판의 형태로 안전 회로가 제공되어 있다. 개별 배터리 셀 양단의 셀 전압, 셀을 통해 흐르는 전류 등과 같은 여러 가지 배터리 파라미터를 모니터하는 회로가 이러한 인쇄 회로 기판상에 배치된다. 더욱이, 인쇄 회로 기판은 검출된 배터리 파라미터에 응답하여 오동작 상태가 발생할 때 과도하게 강한 전류를 외부로 유도하도록 배치된 능동 및 리세트 가능 회로를 포함한다.

그러한 다소 복잡한 안전 설비는 특히 비교적 높은 구성 요소 및 제조 비용에 관하여 결점을 가진다. 또한, 인쇄 회로 기판은 배터리 팩의 크기를 그러한 원하는 범위로 최소화하는 것을 어렵게 만드는 임의의 물리적 형상을 가진다.

덜 복잡한 해결안이 JP-A-2250634에 개시되어 있으며, 여기에서 안전 회로는 발생하는 과도 전압 상황을 검출하도록 배치되어 그러한 검출에 응답하여 사이리스터의 형태의 능동 장치에 과도 전압 상황을 나타내는 전압을 공급하는 비교기의 형태의 기준 전압 장치를 포함한다. 결국, 사이리스터는 정상적인 비전도 상태에서 전도 상태로 전환하며, 여기에서 단락 회로 전류가 사이리스터를 통해 그리고 퓨즈 장치를 통해 흘러 방출 또는 약해져서 배터리를 과도 전압으로부터 보호하는 개방 회로를 생성한다.

유사한 해결안이 JP-A-7154922에 개시되어 있으며, 여기에서 트랜지스터는 능동 장치로서 작용하고, 마이크로컴퓨터는 기준 전압 장치로서 작용한다.

US-A-5 164 874는 기준 전압 장치로서 PN 접합 제너 다이오드와 능동 장치로서 PNPN 접합 사이리스터를 포함하는 과도 전압에 대해 보호하는 장치에 관한 것이다. 기준 전압 장치 및 능동 장치는 보호될 부하의 제1 및 제2측면에 각각 전기적으로 접속되는 배치되는 2개의 단자를 가지는 집적 회로(IC)로서 통합하여 형성된다. 통상의 퓨즈 장치는 개별적으로 보호 IC 장치와 직렬로 접속된다.

본 발명은 적어도 하나의 배터리 셀과 이 배터리 셀에 직렬로 접속되는 퓨즈 장치를 구비하는 휴대용 전기 장치용의 재충전 가능 배터리에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 기본 개념을 도시한 개략적인 블록도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 재충전 가능 배터리의 개략적인 블록도.

본 발명의 목적은 최소수의 구성 요소에 의해 (그러므로, 최소 비용으로) 실현될 수 있고 제조시에 배터리내에 장착되는데 적합한 재충전 가능 배터리용의 안전 회로를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 적어도 하나의 배터리 셀과; 배터리 셀에 직렬로 접속되는 퓨즈 장치와; 배터리 셀에 병렬로 접속되고 제어 입력에서 전압에 응답하여 각각 비전도 상태 및 전도 상태를 필수적으로 취하도록 배치되는 전압 제어 능동 장치와; 능동 장치의 제어 입력에 접속되는 기준 전압 장치를 포함하는 휴대용 전기 장치용의 배터리에 의해 달성된다. 능동 장치는 배터리 셀 양단의 전압이 기준 전압 장치에서 공급되는 기준 전압에서 소정치만큼 벗어나면, 비전도 상태에서 전도 상태로 전환하도록 배치되며, 그것에 의해 배터리 셀 양단에 단락 회로를 생성하고 퓨즈 장치를 이완시킨다. 전압 제어 능동 장치, 기준 전압 장치 및 퓨즈 장치는 집적된 전자 구성 요소를 형성한다.

본 발명의 바람직한 실시예의 다른 목적, 이점 및 특징들은 첨부하는 도면으로부터 그리고 이하의 상세한 설명으로부터 명백해진다.

본 발명은 첨부하는 도면을 참조하여 이하 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따르는 안전 회로를 가지는 재충전 가능 배터리의 도시를 제공한다. 명확하게 하기 위해, 배터리는 하나의 단일 배터리 셀(10)만을 가지는 것으로 도시되어 있지만, 배터리는 본 발명의 범위내에서 당업계에 잘 공지되어 있고 그에 따라 당업자에 의해 쉽게 실현될 수 있는 바와 같이 서로 직렬로 접속되는 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리는 휴대용 전기 장치에 접속하는 2개의 외부 단자(16, 17)를 가지고, 배터리가 전력을 공급한다. 더욱이, 배터리는 본 출원에 적합한 자체적으로 공지된 어느 하나의 설계의 퓨즈 장치(12)를 포함한다. 퓨즈 장치(12)는 배터리 셀(10)과 직렬로 접속되고, 퓨즈 장치(12)가 본 명세서에 개시되어 있지 않은 충전 장치로부터의 과도 전압 또는 단락 회로와 같은 발생되는 전기 오동작의 결과로서 과도하게 강한 전류에 노출될 때, 잘 공지되어 있는 방식으로 배터리 셀(10)과 외부 단자(16) 사이의 전기 접속의 단절을 발생하도록 배치된다.

전압 제어 능동 구성 요소(20)는 이하 설명되는 바와 같이, 배터리 셀 양단의 전압이 소정의 임계값을 초과할 때, 퓨즈 장치(12)를 이완시키기 위해 배터리 셀 양단에 단락 회로를 형성할 목적으로 배터리 셀(10)에 병렬로 접속된다. 능동구성 요소(20)는 3개의 단자를 가지며, 여기에서 제1단자(23)는 외부 단자(16) 및 배터리 셀(10)의 양(+)의 단자 사이의 도체상의 노드에 접속되고, 제2단자(24)는 외부 단자(17) 및 배터리 셀(10)의 음(-)의 단자 사이의 도체상의 노드에 접속된다. 상기 장치(20)의 제3단자(22)는 제어 입력으로서 작용한다. 기준 전압 장치(30)는 이 제어 입력(22)에 접속된다. 더욱이, 기준 전압 장치(30)는 배터리 셀의 양의 단자에 접속된다. 도면에서, 퓨즈 장치(12)는 기준 전압 장치(30) 및 배터리 셀(10)의 양의 단자에 공통인 노드와 능동 장치(20) 및 외부 단자(16)에 공통인 노드 사이에 배치된다. 다른 방법으로서, 퓨즈 장치는 도면에서 직사각형 파선(13)으로 표시된 외부 단자 직전에 배치될 수도 있다.

상기 장치(20)는 2개의 가능한 동작 모드: 필수적으로 비전도 상태 및 전도 상태를 가진다. 비전도 상태에서는, 배터리 단자들 사이의 잠재적인 접속이 중단되고, 여기에서 상기 장치(20)는 도 1의 회로의 수동부를 수행한다. 그러나 전도 상태에서는, 상기 장치(20)는 2개의 배터리 단자 사이에 단락 회로를 형성하는 능동부를 수행한다. 그 결과, 퓨즈 장치(12)(또는 13)를 통해 흐르는 전류는 빠르게 증가되고, 그것에 의해 퓨즈 장치의 이완을 야기한다.

전압 제어 장치(20)는 제어 입력(22)상의 전압값에 응답하여 전술한 동작 모드 사이에서 전환하도록 배치된다. 이 제어 전압의 값은 기준 전압 장치(30)에 의해 차례로 결정된다. 상기 장치(20)의 단자들(23, 24) 양단의 전압(즉, 근본적으로 배터리 셀(10)의 단자 전압)이 기준 전압 장치(30) 양단의 기준 전압을 초과하는 경우, 능동 구성 요소(20)는 전도 상태로 전환하고, 단락 회로 및 퓨즈 장치의 이완이 뒤따른다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 전압 제어 장치(20)는 사이리스터(SCR) 또는 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)로서 실현될 수 있다. 더욱이, 기준 전압 장치(30)는 바람직하게는 제너 다이오드로서 실현된다. 전술한 바와 같이, 퓨즈 장치(12)는 바람직하게는 시장에서 시판되고 있는 임의의 통상의 퓨즈에 의해 실현된다. 다른 방법으로는, 퓨즈 기능은 단락 회로 상태 중에 임의의 기존의 접착 와이어를 연소시킴으로써 달성될 수 있다. 그러므로, 상기 장치(20) 뿐만 아니라 장치(12, 30)는 간단하고 저렴한 구성 요소에 의해 실현될 수 있고, 그것에 의해 전술한 안전 기능을 재충전 가능 배터리에 제공하기 위한 간단하고 저렴한 전체 해결안임을 명백하게 인정할 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 전압 제어 능동 장치(20), 기준 전압 장치(30) 및 퓨즈 장치(12)는 모두 3개의 단자(41-43)를 가지는 집적된 구성 요소(40)로서 실현되며, 여기에서 단자(41)는 외부 단자(16)에 접속되도록 배치되고, 단자(42)는 외부 단자(17) 또는 배터리 셀(10)의 음의 단자에 접속되도록 배치되며, 단자(43)는 배터리 셀(10)의 양의 단자에 접속되도록 배치된다. 집적된 구성 요소(40)는 예컨대, 트랜지스터 및 제너 다이오드가 자체상에 형성되고 퓨즈 장치가 부착되는 실리콘 칩으로서 설계될 수 있다. 계속해서, 실리콘 칩은 플라스틱 또는 세라믹의 통상적인 캡슐내에 봉입된다. 다른 방법으로서, 집적된 구성 요소(40)는 하이브리드 회로로서 실현될 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 전압 제어 장치(20)는 합성 사이리스터 및 제너 다이오드(aka DIAC)로서 기준 전압 장치(30)와 함께 실현될 수 있고, 그 전압 레벨은 본 배터리 형태의 정상 레벨(정상 리튬 기초 배터리에 대해 약 4.1-4.3V와 같음)과 일치하도록 선택된다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 이상과 같이 설명하였지만, 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 본 명세서에 개시되어 있지 않은 또 다른 실시예가 첨부한 독립 청구 범위에 의해 한정되는 바와 같이 본 발명의 보호 범위내에서 가능하다.

Claims

적어도 하나의 배터리 셀(10)과;

상기 배터리 셀과 직렬로 접속되는 퓨즈 장치(12; 13)와;

상기 배터리 셀(10)에 병렬로 접속되고 제어 입력(22)에서의 전압에 응답하여 비전도 상태 및 전도 상태를 각각 필수적으로 취하도록 배치되는 전압 제어 능동 장치(20)와;

상기 능동 장치의 제어 입력에 접속되는 기준 전압 장치(30)를 포함하고, 상기 능동 장치(20)는 상기 배터리 셀(10) 양단의 전압이 상기 기준 전압 장치(30)에 의해 공급되는 기준 전압으로부터 소정값만큼 벗어날 때, 비전도 상태에서 전도 상태로 전환하도록 배치되어 배터리 셀 양단에 단락 회로 및 상기 퓨즈 장치(12; 13)의 이완을 형성하는 휴대용 전기 장치용의 재충전 가능 배터리에 있어서:

상기 전압 제어 능동 장치(20), 상기 기준 전압 장치(30) 및 상기 퓨즈 장치(12; 13)는 집적된 전자 구성 요소(40)를 형성하는 것을 특징으로 하는 재충전 가능 배터리.
제1항에 있어서, 상기 능동 장치(20)는 사이리스터인 것을 특징으로 하는 재충전 가능 배터리.
제1항에 있어서, 상기 능동 장치(20)는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 재충전 가능 배터리.
제3항에 있어서, 상기 능동 장치(20)는 MOSFET 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 재충전 가능 배터리.
제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 전압 장치(30)는 제너 다이오드인 것을 특징으로 하는 재충전 가능 배터리.
제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 셀(10)은 리튬형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 재충전 가능 배터리.
제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 전압 장치(30)에 의해 공급되는 기준 전압은 상기 배터리 셀의 정상 단자 전압이 완전히 충전될 때 그 전압에 대략 상당하는 것을 특징으로 하는 재충전 가능 배터리.
제1항 내지 제7항중 어느 한 항에 있어서, 상기 집적된 전자 구성 요소(40)에는 3개의 단자(41, 42, 43)가 제공되는 것을 특징으로 하는 재충전 가능 배터리.