KR100579414B1 - 전지팩용 보호회로 장치 - Google Patents

전지팩용 보호회로 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지팩용 보호회로 장치에 관한 것으로서, 과충전시에는 전지팩 내부의 충전용 전계효과트랜지스터를 이용하여 충전을 정지시키고, 과방전시에는 전지팩 외부의 충전기를 포함하는 외부 부하의 방전용 전계효과트랜지스터와 제어회로를 이용하여 방전을 중지시킬 수 있도록, 충전 및 방전이 가능한 전지셀과, 상기 전지셀에 직렬로 연결된 충전용 FET와, 상기 전지셀의 전류를 감지하는 센서 레지스터와, 상기 전지셀 및 센서 레지스터에 의한 전기적 신호를 종합하여 각종 스마트 제어 신호를 출력하는 스마트 펑션 회로와, 상기 스마트 펑션 회로에 의해 전지셀의 과충전시 충전용 FET를 오프(off)시키는 보호회로로 이루어진 전지팩용 보호회로 장치에 있어서, 상기 충전용 FET 및 센서 레지스터에 연결되는 외부 부하에는, 상기 충전용 FET와 직렬로 연결되는 방전용 FET가 더 설치되고, 상기 방전용 FET에는 게이트 전압을 조절하는 제어 회로가 더 연결되어 있으며, 상기 제어 회로는 상기 스마트 펑션 회로와 보호회로에 연결되어 상기 전지셀이 과방전시 상기 제어 회로가 방전용 FET를 오프시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하여, 노트북, PDA, 휴대폰 등의 전지 보호회로 용도로 사용된다.
2차 전지, 보호회로, 전계효과트랜지스터

Description

전지팩용 보호회로 장치{Protection circuit for battery pack}
도 1은 종래의 전지팩용 보호회로 장치를 도시한 블록 다이아그램이다.
도 2는 본 발명에 의한 전지팩용 보호회로 장치를 도시한 블록 다이아그램이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10; 전지팩 11; 전지셀
12; 충전용 FET 13; 온도 퓨즈
14;센서 레지스터 15; 스마트 펑션 회로
16; 1차 보호회로 17; 2차 보호회로
20; 외부 회로 21; 방전용 FET
22; 제어 회로 23; 충전 회로
본 발명은 전지팩용 보호회로 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 과충전시에는 전지팩 내부의 충전용 전계효과트랜지스터를 이용하여 충전을 정지시키고, 과방전시에는 전지팩 외부의 충전기를 포함하는 외부 부하의 방전용 전 계효과트랜지스터와 제어회로를 이용하여 방전을 중지시킬 수 있는 전지팩용 보호회로 장치에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래 전지팩용 보호회로 장치의 블록 다이아그램이 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 종래 전지팩용 보호회로 장치는 전지셀(11')과, 상기 전지셀(11')에 직렬로 연결되어 과충전 및 과방전시 오프(off)되는 충전용 전계효과트랜지스터(이하 "FET"으로 약칭함)(12_1') 및 방전용 FET(12_2')와, 내부 온도가 설정치 이상 상승할 경우 회로를 차단하는 온도 퓨즈(13')와, 상기 전지셀(11')의 전류를 감지하는 센서 레지스터(14')와, 상기 전지셀(11') 및 센서 레지스터(14')에 의한 전기적 신호를 종합하여 각종 스마트 제어 신호를 출력하는 스마트 펑션 회로(15')와, 상기 스마트 펑션 회로(15')에 의해 충전용 FET(12_1') 또는 방전용 FET(12_2')를 온, 오프(on, off)시키는 1차 보호회로(16')와, 역시 상기 스마트 펑션 회로(15')에 의해 온도 퓨즈(13')의 개방 여부를 결정하는 2차 보호회로(17')로 이루어져 있으며, 이러한 모든 구성 요소는 전지팩(10') 내부에 일체로 구현되어 있다. 도면중 미설명 부호 20'은 전지팩(10')을 충전시키는 충전기 또는 전지팩(10')이 방전되며 구동되는 외부 부하이다.
이러한 종래의 전지팩용 보호회로 장치는 우선 전지셀(11')이 과충전될 경우, 센서 레지스터(14')가 이를 검출하여 스마트 펑션 회로(15')에 소정의 전기적 신호를 출력하고, 그러면 상기 스마트 펑션 회로(15')는 다시 1차 보호회로(16')에 스마트 제어 신호를 출력한다. 그러면 상기 1차 보호회로(16')가 충전용 FET(12_1')의 게이트(gate)에 로우(low) 신호를 출력함으로써, 충전용 FET(12_1')가 오프(off)되도록 하여 과충전이 정지된다.
또한, 상기 전지셀(11')이 과방전될 경우, 센서 레지스터(14')가 이를 검출하여 스마트 펑션 회로(15')에 소정의 전기적 신호를 출력하고, 그러면 상기 스마트 펑션 회로(15')는 다시 1차 보호회로(16')에 스마트 제어 신호를 출력한다. 그러면, 역시 1차 보호회로(16')가 방전용 FET(12_2')의 게이트(gate)에 로우(low) 신호를 출력함으로써, 방전용 FET(12_2')가 오프(off)되도록 하여 과방전이 정지된다.
더불어, 전지팩(10') 내부의 온도가 쇼트(short) 등의 비정상적 상태로 인해 상승할 경우에는 온도 증가에 따라 저항이 증가하는 온도 퓨즈(13')가 끊어질 수 있도록 2차 보호회로(17')가 작동함으로써, 전지팩(10')의 파손을 방지한다.
그러나, 이러한 종래의 전지팩용 보호회로 장치는 방전용 FET를 전지팩에 함께 배치 및 설계해야 함으로써, 회로가 복잡해지고 또한 전지팩의 가격이 상승하는 문제가 있다.
더불어, 이러한 종래의 전지팩은 충전시 별도의 충전기에 기계적 및 전기적으로 연결하여 충전을 수행해야 하고, 또한 외부 부하의 구동시 상기 충전기에서 전지팩을 분리하여 외부 부하에 기계적 및 전기적으로 연결하여 사용해야 함으로써, 사용상에 불편한 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적 은 과충전시에는 전지팩 내부의 충전용 FET를 이용하여 충전을 정지시키고, 과방전시에는 전지팩 외부의 부하에 설치된 방전용 FET와 제어회로를 이용하여 방전을 중지시킬 수 있는 전지팩용 보호회로 장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 충전 및 방전이 가능한 전지셀과, 상기 전지셀에 직렬로 연결된 충전용 FET와, 상기 전지셀의 전류를 감지하는 센서 레지스터와, 상기 전지셀 및 센서 레지스터에 의한 전기적 신호를 종합하여 각종 스마트 제어 신호를 출력하는 스마트 펑션 회로와, 상기 스마트 펑션 회로에 의해 전지셀의 과충전시 충전용 FET를 오프(off)시키는 보호회로로 이루어진 전지팩용 보호회로 장치에 있어서, 상기 충전용 FET 및 센서 레지스터에 연결되는 외부 부하에는, 상기 충전용 FET와 직렬로 연결되는 방전용 FET가 더 설치되고, 상기 방전용 FET에는 게이트 전압을 조절하는 제어 회로가 더 연결되어 있으며, 상기 제어 회로는 상기 스마트 펑션 회로 및 보호회로에 연결되어, 상기 전지셀이 과방전시 상기 제어 회로가 방전용 FET를 오프시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 외부 부하에는 상기 센서레지스터에 연결되어 상기 전지셀을 충전시킬 수 있는 충전 회로가 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 제어 회로는 상기 전지셀의 과방전시 방전용 FET의 게이트에 로우(low) 신호를 인가하여 방전용 FET가 오프(off)되도록 한다.
더불어, 상기 제어 회로는 보호회로와 스마트 펑션 회로에 입력단이 연결되고, 방전용 FET에 출력단이 연결된 엔드 게이트(and gate)일 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 전지팩용 보호회로장치는 전지셀의 과충전시에는 전지팩 내부의 충전용 FET를 오프시켜 과충전을 방지하고, 전지셀의 과방전시에는 외부 부하에 설치된 방전용 FET를 오프시켜 과방전을 방지하게 된다.
따라서, 본 발명은 방전용 FET를 전지팩의 보호회로장치에 일체로 설치할 필요가 없어, 전지팩의 보호회로 장치를 간단히 함으로써, 전지팩의 가격을 저하시킬 수 있게 된다.
더불어, 외부 부하에 설치된 방전용 FET 및 제어 회로는, 일례로 노트북의 경우 자체 설치된 FET 및 엔드게이트를 이용함으로써, 외부 부하에 별도의 소자를 더 설치하지 않아도 된다.
또한, 외부 부하에 접속된 상태에서 충전과 외부 부하 구동을 위한 방전이 동시에 수행될 수 있음으로써, 사용상 편리한 장점이 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전지팩용 보호회로 장치의 블록 다이아그램이 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명의 구성은 전지셀(11)과, 전지셀(11)의 과충전시 오프(off)되는 충전용 FET(12)와, 전지셀(11)의 온도 과상승시 끊어지는 온도 퓨즈(13)와, 전지셀(11)의 전류 상태를 감지하는 센서 레지스터(14)와, 각종 스마트 제어 신호를 출력하는 스마트 펑션 회로(15)와, 충전용 FET(12)를 온, 오프(on, off)하는 1차 보호회로(16)와, 온도퓨즈를 끊게 하는 2차 보호회로(17)로 이루어진 전지팩(10) 및 방전용 FET(21), 제어 회로(22), 충전 회로(23)가 포함된 외부 부하(20)로 이루어져 있다.
여기서 상기 제어 회로(22)는 하기하겠지만 1차 보호회로(16)와 스마트 펑션 회로(15)에 입력단이 연결되고, 방전용 FET(21)에 출력단이 연결된 엔드 게이트(and gate)를 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제어 회로(22)는 1차 보호회로(16)와 스마트 펑션 회로(15)로부터 동시에 하이(high) 신호가 인가될 경우에만, 상기 외부 부하(20)의 방전용 FET(21)를 오프시키게 된다. 더불어, 상기 충전 회로(23)는 통상의 외부 부하에 설치된 충전 회로일 수 있다. 즉, 통상의 외부 부하에는 전지팩 외에도 외부 교류 전압을 낮추는 동시에 직류 전압으로 변경하는 어댑터와, 상기 어댑터로부터 얻은 직류 전압을 안정화시키기 위한 충전회로(예를 들면 리튬 이온 전지의 충전을 위한 정전압 정전류 회로 등등)가 구비됨으로써, 외부 교류 전원으로 전지팩을 충전시키고 있으며, 본 발명에 개시된 충전 회로는 상술한 어댑터외에 전지팩의 충전을 위한 범용 회로를 의미한다. 이러한 충전 회로는 이미 당업자에게는 주지의 사실이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
먼저 상기 전지팩(10)은 종래와 유사한 구성 및 유사한 작용을 한다. 즉, 전지셀(11)은 충전 및 방전이 가능한 2차 전지셀(11)이고, 충전용 FET(12)는 상기 전지셀(11)에 직렬로 연결되어 과충전시 오프(off)되며, 온도 퓨즈(13)는 전지셀(11)의 내부 온도가 설정치 이상 상승할 경우 회로를 차단하며, 센서 레지스터(14)는 전지셀(11)의 전류를 감지하여 과충전 상태인지, 과방전 상태인지를 스마트 펑션 회로(15)에 알려준다. 또한, 상기 센서 레지스터(14) 및 전지셀(11)에 연결된 스마트 펑션 회로(15)는 일종의 마이크로 컴퓨터로서 센서 레지스터(14) 및 전지셀(11)의 신호를 종합하여 각종 스마트 제어 신호를 출력한다. 더불어, 1차 보호회로(16)는 상기 스마트 펑션 회로(15)에 의해 과충전시 충전용 FET(12)의 게이트 전압을 로우(low)로 하여 오프(off)시키고, 2차 보호회로(17) 역시 스마트 펑션 회로(15)에 의해 온도 퓨즈(13)의 개방 여부를 결정한다.
한편, 상기 전지팩(10)에 접속되는 외부 부하(20)에는 상기 충전용 FET(12)와 직렬로 연결되는 방전용 FET(21)가 더 설치되어 있고, 상기 방전용 FET(21)에는 게이트 전압을 조절하는 제어 회로(22)가 연결되어 있으며, 상기 제어 회로(22)는 상기 전지팩(10)의 1차 보호회로(16) 및 스마트 펑션 회로(15)에 연결되어 있다. 또한, 상기 외부 부하(20)에는 전지셀(11)을 충전하기 위한 충전 회로(23)도 설치 되어 있다.
여기서 상기 제어 회로(22)는 1차 보호회로(16)와 스마트 펑션 회로(15)에 입력단이 연결되고, 방전용 FET(21)에 출력단이 연결된 엔드 게이트(and gate)일 수 있다.
상기와 같은 구성에 의해서 본 발명에 따른 전지팩용 보호회로 장치는 다음과 같이 작동된다. 여기서, 전지팩(10)의 작동은 종래와 동일하므로 그 설명을 최소화하고 외부 부하(20)의 작용을 중심으로 설명한다.
먼저 전지셀(11)에 의해 외부 부하(20)가 정상적으로 작동할 때 즉, 전지셀(11)의 방전시에는 전지팩(10)의 스마트 펑션 회로(15) 및 1차 보호회로(16)가 모두 하이(high) 신호를 제어 회로(22)로 출력한다. 그러면 상기 제어 회로(22)의 출력단도 하이 신호를 출력함으로써, 방전용 FET(21)가 온(on)되어, 전지셀(11)은 정상적으로 방전하게 된다. 즉, 정상적으로 외부 부하(20)를 작동시키게 된다.
또한 전지셀(11)이 과방전 상태로 진입할 경우에는 스마트 펑션 회로(15) 또는 1차 보호회로(16)중 어느 하나 또는 동시에 로우(low) 신호를 제어 회로(22)로 출력한다. 그러면 상기 제어 회로(22)의 출력단도 로우 신호를 출력함으로써, 방전용 FET(21)가 오프(off)되고, 따라서 전지셀(11)의 과방전이 방지된다.
한편, 충전시에는 상기 스마트 펑션 회로(15) 및 1차 보호 회로(16)가 모두 하이(high) 신호를 출력하고, 따라서 제어 회로(22)도 하이 신호를 출력한다. 결국, 충전용 FET(12) 및 방전용 FET(21)의 게이트에 모두 하이 신호가 입력됨으로 써, 전지셀(11)의 정상적인 충전이 이루어진다. 물론, 과충전시에는 종래와 같이 전지팩(10) 내부의 충전용 FET(12)가 오프(off)됨으로써, 전지셀(11)의 과충전이 방지된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩용 보호회로 장치는 방전용 FET를 전지팩의 보호회로 장치에 일체로 설치할 필요가 없어, 전지팩의 보호회로 장치를 간단히 함으로써, 전지팩의 가격을 저하시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 외부 부하에 설치된 방전용 FET 및 제어 회로는, 일례로 노트북의 경우 자체 설치된 FET 및 엔드게이트를 이용함으로써, 외부 부하에 별도의 소자를 더 설치하지 않아도 되는 효과가 있다.
더불어, 외부 부하에 접속된 상태에서 충전과 외부 부하 구동을 위한 방전이 동시에 수행될 수 있음으로써, 사용상 편리한 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전지팩용 보호회로 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (4)

  1. 충전 및 방전이 가능한 전지셀과, 상기 전지셀에 직렬로 연결된 충전용 FET와, 상기 전지셀의 전류를 감지하는 센서 레지스터와, 상기 전지셀 및 센서 레지스터에 의한 전기적 신호를 종합하여 각종 스마트 제어 신호를 출력하는 스마트 펑션 회로와, 상기 스마트 펑션 회로에 의해 전지셀의 과충전시 충전용 FET를 오프(off)시키는 보호회로로 이루어진 전지팩용 보호회로 장치에 있어서,
    상기 충전용 FET 및 센서 레지스터에 연결되는 외부 부하에는, 상기 충전용 FET와 직렬로 연결되는 방전용 FET가 더 설치되고, 상기 방전용 FET에는 게이트 전압을 조절하는 제어 회로가 더 연결되어 있으며, 상기 제어 회로는 상기 스마트 펑션 회로와 보호회로에 연결되어 상기 전지셀이 과방전시 상기 제어 회로가 방전용 FET를 오프시킬 수 있도록 된 동시에, 제어 회로는 보호회로와 스마트 펑션 회로에 입력단이 연결되고, 방전용 FET에 출력단이 연결된 엔드 게이트(and gate)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩용 보호회로 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 부하에는 상기 센서 레지스터에 연결되어 상기 전지셀을 충전시킬 수 있는 충전 회로가 더 설치됨을 특징으로 하는 전지팩용 보호회로 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 전지셀의 과방전시 방전용 FET의 게이트에 로우(low) 신호를 인가하여 방전용 FET가 오프(off)되도록 함을 특징으로 하는 전지팩용 보호회로 장치.
  4. 삭제
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KR20000076890A (ko) * 1999-03-18 2000-12-26 아끼구사 나오유끼 보호 방법, 제어 회로 및 전지 유닛

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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