KR100450181B1 - 공간적으로 분리된 2차 보호회로를 갖는 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충방전이 가능한 2차 전지(secondary battery)의 배터리 팩(battery pack)에 관한 것이다.

본 발명의 배터리 팩은, 패키지 형태의 배터리 셀, 외부 전원 또는 부하와 연결되어 배터리 팩으로의 충전 또는 배터리 팩에 의한 방전시 단자로서 작동하는 외부 단자, 상기 외부 단자와 배터리 셀 사이에 연결되어 충전 또는 방전을 수행하는 충방전 회로, 상기 배터리 셀의 충전 전위를 검출하여 상기 충방전 회로의 동작을 제어하는 1차 보호회로, 상기 배터리 셀과 상기 충방전 회로 사이에 연결되어 상기 배터리 셀이 과충전 상태일 경우에 전원 공급을 차단시키는 퓨즈 및, 상기 배터리 셀의 충전 전위를 검출하여 상기 배터리 셀의 과충전 여부에 따라 상기 퓨즈를 동작시키는 2차 보호회로를 포함한다. 상기한 배터리 팩에서는, 배터리 셀의 과충전을 방지하기 위한 퓨즈와 2차 보호회로를 인쇄 회로 기판 내에 다른 부품들의 패턴과 공간적으로 독립되도록 형성함으로써, 다른 부품에서의 발연 또는 발화가 일어나더라도 상기 퓨즈와 2차 보호회로가 다른 부품들과 전기적으로 절연되어 배터리 셀의 과충전 보호 기능이 작동될 수 있다.

Description

공간적으로 분리된 2차 보호회로를 갖는 배터리 팩{A BATTERY PACK HAVING A SECOND PROTECTION CIRCUIT ISOLATED SPATIALLY}

본 발명은 충방전이 가능한 2차 전지의 배터리 팩(battery pack)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 팩의 회로가 인쇄 회로 기판(PCB : printed circuit board)으로 제작될 때, 과충전으로부터 배터리 팩의 회로를 보호하기 위한 2차 보호회로가 공간적으로 분리되도록 형성된 배터리 팩에 관한 것이다.

일반적으로, 충방전이 가능한 2차 전지(secondary battery)는 셀룰러 폰(cellular phone), 노트북 컴퓨터, 캠코더, PDA(personal digital assistants) 등 휴대용 전자기기의 개발로 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 이러한 2차 전지는 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH : nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery), 금속 리튬 전지, 공기 아연 축전지 등 다양한 종류가 개발되고 있다.

이러한 2차 전지는 셀(bare cell) 형태로 제작된 후, 충방전 회로와 합쳐져서 배터리 팩을 구성하며, 배터리 팩에 설치되는 외부 단자를 통해 외부 전원 또는 부하에 의한 충전 또는 방전이 이루어진다.

상기 종래의 배터리 팩은 크게 배터리 셀과, 충방전 회로를 포함하는 주변회로로 이루어지며, 상기 주변회로는 인쇄 회로 기판으로 제작된 후, 상기 배터리 셀과 결합된다. 이러한 배터리 팩의 인쇄 회로 기판에서는, 비정상적인 조건 등에 의해 특정 부품의 발화 및 발연이 발생하는 경우가 있으며, 이 경우에는 인쇄 회로 기판 상의 대부분의 패턴이 연소되어 버린다. 그런데, 배터리 팩에는 배터리 셀의 과충전 여부에 따라 퓨즈를 오프시키도록 동작하는 2차 보호회로가 구비되어 있는데, 상기 2차 보호회로는 배터리 셀이 과충전에 의해 폭발하는 것을 방지하기 위한 것이다. 따라서, 특정 부품의 발화에 의해 인쇄 회로 기판 상의 패턴이 연소되더라도 상기 2차 보호회로는 온전하게 보존되어야 할 필요가 있으며, 이에 대한 기술적인 대책이 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 기술적 배경 하에 이루어진 것으로서, 배터리 셀의 부품이 인쇄 회로 기판으로 제작될 때, 2차 보호회로가 다른 부품과 공간적으로 분리되도록 형성함으로써, 배터리 팩 내의 특정 부품이 연소되더라도 배터리 셀을 안전하게 보호할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩의 전체적인 블록 구성도.

도 2는 상기 도 1에 도시된 배터리 팩의 회로 부분을 다층 인쇄 회로 기판으로 구현한 예를 도시한 도면.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1 : 배터리 셀 2 : 외부 단자

3 : 충반전 회로 4 : 퓨즈

5 : 센서 저항 6 : 스마트 기능부

7, 8 : 보호회로

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 팩은,

패키지 형태의 배터리 셀;

외부 전원 또는 부하와 연결되어 배터리 팩으로의 충전 또는 배터리 팩에 의한 방전시 단자로서 작동하는 외부 단자;

상기 외부 단자와 배터리 셀 사이에 연결되어 충전 또는 방전을 수행하는 충방전 회로;

상기 배터리 셀의 충전 전위를 검출하여 상기 충방전 회로의 동작을 제어하는 1차 보호회로;

상기 배터리 셀과 상기 충방전 회로 사이에 연결되어 상기 배터리 셀이 과충전 상태일 경우에 전원 공급을 차단시키는 퓨즈; 및,

상기 배터리 셀의 충전 전위를 검출하여 상기 배터리 셀의 과충전 여부에 따라 상기 퓨즈를 동작시키는 2차 보호회로를 포함하며,

상기 배터리 셀을 제외한 부품들은 인쇄 회로 기판으로 제작된 후, 상기 배터리 셀과 결합되며, 상기 인쇄 회로 기판으로 제작될 때, 상기 퓨즈와 상기 2차보호회로는 다른 부품들과 공간적으로 독립되도록 형성된다.

상기한 본 발명에서는, 배터리 셀의 과충전을 방지하기 위한 퓨즈와 2차 보호회로를 인쇄 회로 기판 내에 다른 부품들의 패턴과 공간적으로 독립되도록 형성함으로써, 다른 부품에서의 발연 또는 발화가 일어나더라도 상기 퓨즈와 2차 보호회로가 다른 부품들과 전기적으로 절연되어 배터리 셀의 과충전 보호 기능이 작동될 수 있다.

상기 설명된 본 발명의 목적, 기술적 구성 및 그 효과는 아래의 실시예에 대한 설명을 통해 보다 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 전체적인 구성이 도시되어 있다.

상기 도 1에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 배터리 셀(1), 외부 단자(2), 상기 배터리 셀(1)과 외부 단자(2) 사이의 상부 경로에 차례로 연결된 충방전 회로(3) 및 퓨즈(4), 상기 배터리 셀(1)과 외부 단자(2) 사이의 하부 경로에 연결된 센서 저항(5), 상기 센서 저항(5)과 배터리 셀(1)의 출력을 이용하는 스마트 기능부(6), 상기 배터리 셀(1)의 출력을 이용하는 1차 보호회로(8) 및 2차 보호회로(7)로 이루어져 있다.

상기 배터리 셀(1)은 금속 캔에 (+), (-)단자가 존재하는 전지로서, 패키지 형태의 셀(bare cell)이다. 상기 외부 단자(2)는 배터리 팩의 외부 단자이며, 이단자(2)를 통해 외부 전원 또는 부하에 배터리 팩이 연결된다. 즉, 상기 외부 단자(2)를 통해 외부 전원이 연결될 경우에는, 상기 외부 단자(2)와 충방전 회로(3)를 통해 공급되는 외부 전원에 의해 상기 배터리 셀(1)이 충전되며, 상기 외부 단자(2)를 통해 부하(load)가 연결될 경우에는, 상기 배터리 셀(1)의 전원이 상기 충방전 회로(3)와 외부 단자(2)를 통해 부하에 공급되는 방전 동작이 일어난다. 상기 충방전 회로(3)는 상기 외부 단자(2)와 배터리 셀(1) 사이에서 배터리 셀(1)의 충방전을 제어하며, 충전 FET(field effect transistor) 소자와 방전 FET 소자로 구성된다. 상기 1차 보호회로(8)는 배터리 셀(1)의 충전 전위에 따라 충방전 회로(3)의 FET 온/오프를 제어하며, 상기 2차 보호회로(7)는 배터리 셀(1)의 전위가 극히 높아질 경우에 퓨즈(4)를 오프시킴으로써 배터리 셀(1)을 보호하는 역할을 수행한다. 상기 스마트 기능부(6)는 배터리 팩이 장착되는 디바이스와의 통신을 수행하며, 배터리 셀(1)과 센서 저항(5)의 출력을 이용하여 충전 상태, 전류량과 같은 배터리 팩에 대한 정보를 상기 장착된 디바이스에 전송한다.

상기 배터리 팩에서 배터리 셀(1)을 제외한 구성요소는 인쇄 회로 기판을 통해 제작되며, 이와 같이 만들어진 인쇄 회로 기판은 상기 배터리 셀(1)과 결합된다. 본 발명에서는, 상기 인쇄 회로 기판의 제작시에 도 1에 도시된 부품 중에서 퓨즈(4)와 2차 보호회로(7)를 포함하는 영역(9)이 회로 상의 어디에 존재하든지 또는 어떤 회로와 함께 응용되든지에 관계없이 상기 영역(9)의 레이아웃(layout)이 다른 부품들과 공간적으로 독립되도록 구성된다. 다시 말하면, 상기 도 1의 배터리 팩에서, 경우에 따라서는 스마트 기능부(6)가 없을 수도 있고, 충방전 회로(3)의구성이 다르게 될 수도 있으며, 특정 부분이 집적회로화 되어 복합 칩으로 구성될 수도 있으나, 이 경우에도 2차 보호회로만은 독립적으로 구성된다는 것을 의미한다.

만약, 상기 배터리 팩의 주변회로가 하나의 인쇄 회로 기판 내에 형성될 경우에는, 퓨즈(4)와 2차 보호회로(7)를 포함하는 영역(9)의 패턴(pattern)이 다른 부품의 패턴과 공간적으로 분리되게 형성된다.

또다른 방법으로서, 상기 퓨즈(4)와 2차 보호회로(7)를 포함하는 영역(9)이 별도의 추가적인 인쇄 회로 기판 상에 형성되도록 할 수도 있다. 즉, 두 장의 인쇄 회로 기판으로 상기 배터리 팩의 주변회로를 형성하면서, 상기 퓨즈(4)와 2차 보호회로(7)를 별도의 인쇄 회로 기판 상에 형성한다.

상기 설명된 바와 같이, 배터리 팩의 주변회로를 인쇄 회로 기판으로 제작할 때, 퓨즈(4)와 2차 보호회로(7)를 포함하는 영역(9)이 공간적으로 독립되도록 형성시킴으로써, 배터리 팩의 다른 부품에서 발화 또는 발연이 일어나더라도 이러한 발화 또는 발연의 영향이 상기 2차 보호회로(7)에 미치지 않는다. 따라서, 어떠한 상황에서도 상기 2차 보호회로(7)가 작동됨으로써, 배터리 셀(1)이 과충전되는 것을 막을 수 있다.

도 2에는 상기 도 1에 도시된 배터리 팩에서 배터리 셀(1)을 제외한 주변 회로를 4층 인쇄 회로 기판으로 제작하였을 경우의 각 층의 패턴이 개략적으로 도시되어 있다. 본 실시예에서는 상기 인쇄 회로 기판이 4층 기판으로 제작되었으나, 기판의 층수는 본 발명의 기술적 범위에 한정되지 않으며, 단층 또는 다층의 인쇄회로 기판이 사용될 수 있다. 도 2의 도면은 4층(A, B, C, D)의 인쇄 회로 기판을 펼쳐서 도시한 것이다.

상기 도 2에 도시된 바와 같이, 인쇄 회로 기판의 각 층(A, B, C, D)의 우측에는 퓨즈(4)와 2차 보호회로(7)를 포함하는 영역(9A, 9B, 9C, 9D)의 패턴들이 형성되어 있으며, 이들 영역(9A, 9B, 9C, 9D)의 패턴들은 다른 부품의 패턴들과 공간적으로 분리되도록 형성되어 있다.

위에서 살펴본 바와 같이, 배터리 셀의 주변회로를 인쇄 회로 기판 상에 제작할 때, 배터리 셀의 과충전을 방지하기 위한 퓨즈와 2차 보호회로를 인쇄 회로 기판 내에 다른 부품들의 패턴과 공간적으로 독립되도록 형성함으로써, 다른 부품에서의 발연 또는 발화가 일어나더라도 상기 퓨즈와 2차 보호회로가 다른 부품들과 전기적으로 절연되어 배터리 셀의 과충전 보호 기능이 작동될 수 있다.

Claims (4)

1. 패키지 형태의 배터리 셀;

   외부 전원 또는 부하와 연결되어 배터리 팩으로의 충전 또는 배터리 팩에 의한 방전시 단자로서 작동하는 외부 단자;

   상기 외부 단자와 배터리 셀 사이에 연결되어 충전 또는 방전을 수행하는 충방전 회로;

   상기 배터리 셀의 충전 전위를 검출하여 상기 충방전 회로의 동작을 제어하는 1차 보호회로;

   상기 배터리 셀과 상기 충방전 회로 사이에 연결되어 상기 배터리 셀이 과충전 상태일 경우에 전원 공급을 차단시키는 퓨즈; 및,

   상기 배터리 셀의 충전 전위를 검출하여 상기 배터리 셀의 과충전 여부에 따라 상기 퓨즈를 동작시키는 2차 보호회로를 포함하며,

   상기 배터리 셀을 제외한 부품들은 인쇄 회로 기판으로 제작된 후, 상기 배터리 셀과 결합되며, 상기 인쇄 회로 기판으로 제작될 때, 상기 퓨즈와 상기 2차 보호회로는 다른 부품들과 공간적으로 독립되도록 형성되는 배터리 팩.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 퓨즈와 상기 2차 보호회로는 상기 인쇄 회로 기판 외에 추가적인 인쇄 회로 기판 상에 형성되는 배터리 팩.
4. 제1항에 있어서,

   상기 외부 단자와 상기 배터리 셀 사이에 연결되어 배터리 셀의 전류량을 검출하는 센서 저항; 및,

   상기 배터리 셀의 충전 전위와 상기 센서 저항의 출력을 이용하여 배터리 셀의 정보를 검출하고 이를 배터리 팩 외부의 디바이스에 전송하는 스마트 기능부를 더 포함하는 배터리 팩.