KR100613944B1 - 과열방지회로가 내장된 배터리팩 - Google Patents

과열방지회로가 내장된 배터리팩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리팩에 설치되는 피씨엠에 있어서, 온도를 감지하는 감지부와 상기 감지부에서 감지된 온도에 따라 상기 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성하되, 상기 감지부는 하나 이상의 트랜지스터로 구성되며 상기 하나 이상의 트랜지스터가 정전류원으로 동작함에 있어, 온도가 상승하면 인가되는 전압이 낮아지고 온도가 하강하면 인가되는 전압이 높아지도록 되며, 상기 제어부는 상기 감지부에서 감지된 온도에 따른 출력전압을 반전입력단으로 입력받는 제1오피엠프와 상기 감지부에서 감지된 온도에 따른 출력전압을 비반전입력단으로 입력받는 제2오피엠프 및 상기 제1오피엠프의 출력신호를 알단으로 입력받고 상기 제2오피엠프의 출력신호를 에스단으로 입력받으며 출력값으로 스위칭부의 온오프동작을 제어하는 알에스플리플롭을 포함하여 구성된다.
따라서 배터리팩 내부의 피씨엠에 과열방지회로를 구성하여 배터리팩 자체에서 과열을 방지하도록 함으로써, 배터리팩의 소손 또는 폭발의 위험을 근본적으로 차단 및 예방할 수 있는 갖도록 한 것이다.
따라서 사용상의 편리성 및 안전성이 개선되어 보다 상품성이 향상되는 등의 매우 유용한 발명인 것이다.
피씨엠, 감지부, 제어부, 제1오피엠프, 제2오피엠프, 알에스플리플롭

Description

과열방지회로가 내장된 배터리팩{The battery pack where the overheat prevention circuit is included}
도 1은 본 발명에 의한 과열방지회로가 구성된 피씨엠의 회로도.
도 2는 본 발명에 의한 과열방지회로의 상세회로도.
도 3은 본 발명에 의한 과열방지회로의 동작을 나타낸 그래프.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 과열방지회로의 구성인 트랜지스터에 대한 특성그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 피씨엠 20 : 감지부
30 : 제어부 31 : 제1오피엠프
32 : 제2오피엠프 33 : 알에스플리플롭
본 발명은 과열방지회로가 내장된 배터리팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리팩 내부의 피씨엠에 과열방지회로를 구성하여 배터리팩 자체에서 과열을 방지하도록 함으로써, 배터리팩의 소손 또는 폭발의 위험을 근본적으로 차단 및 예방할 수 있도록 한 것이다.
일반적으로, 휴대용 단말기는 축전지가 포함된 배터리팩을 단말기 일측면에 탈부착 가능하도록 결합하여 사용하기 때문에, 이동성이 보장되고 휴대가 간편하여 널리 사용되고 있다.
이러한 휴대용 단말기의 경우, 일정시간동안 사용하게 되면 단말기와 결합된 축전지로부터 충분한 전원공급이 이루어지지 않게 되어 단말기를 사용하지 못하게 되며, 단말기를 재사용하기 위해서는 여분의 충전된 축전지로 교체하거나 충전기를 이용하여 충전한 후 사용하게 된다.
상기와 같이 휴대용 단말기에 사용되는 배터리팩은 고온에 노출되면 소손되거나 폭발하는 등의 안전사고가 발생하는 문제점이 있는 바, 대부분의 배터리팩에는 상기와 같은 안전사고를 방지하기 위하여 피씨엠(PCM : Protection Circuit Module)이 설치되어 있으며, 상기 피씨엠에는 온도감지센서(Thermistor)가 설치되어 고온발생시에 휴대폰 본체로 감지신호를 전송하고, 상기 감지신호에 의해 휴대용 단말기 내부에서 전원공급을 차단하도록 되어 있다.
그러나 상기와 같은 배터리팩의 경우 휴대용 단말기와 분리된 상태에서 충전 기에 배터리팩을 충전하게 되면, 온도에 대하여 별다른 대비책이 없기 때문에 배터리팩의 소손 또는 폭발의 위험이 그대로 존재하게 된다.
특히, 최근 사용이 빈번해지고 있는 간이 충전기에는 온도에 따른 보호장치가 없기 때문에 상기와 같은 배터리팩의 소손 또는 폭발의 위험에 그대로 노출되는 문제점이 있는 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 배터리팩 내부의 피씨엠에 과열방지회로를 구성하여 배터리팩 자체에서 과열을 방지하도록 함으로써, 배터리팩의 소손 또는 폭발의 위험을 근본적으로 차단 및 예방할 수 있는 과열방지회로가 내장된 배터리팩을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 사용상의 편리성 및 안전성이 개선되어 보다 상품성이 향상되도록 한 과열방지회로가 내장된 배터리팩을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 과열방지회로가 내장된 배터리팩은, 배터리에 연결되는 단자(B+, B-)와 충전기에 연결되는 단자(P+, P-) 사이에 구성하되, 상기 배터리의 충방전을 제어하는 스위칭부(11)를 포함하는 피씨엠(10)과;
온도를 감지하는 감지부(20)와;
상기 감지부(20)에서 감지된 온도에 따라 상기 스위칭부(11)를 제어하는 제어부(30)를 포함하여 구성된 것에 있어서;
상기 제어부(30)는,
상기 감지부(20)에서 감지된 온도에 따른 출력전압을 반전입력단으로 입력받는 제1오피엠프(31)와,
상기 감지부(20)에서 감지된 온도에 따른 출력전압을 비반전입력단으로 입력받는 제2오피엠프(32) 및
상기 제1오피엠프(31)의 출력신호를 알(R)단으로 입력받고, 상기 제2오피엠프(32)의 출력신호를 에스(S)단으로 입력받으며, 출력값으로 스위칭부(11)의 온오프동작을 제어하는 알에스플리플롭(33)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
따라서 배터리팩의 소손 또는 폭발의 위험을 근본적으로 차단 및 예방할 수 있는 것이다.
또, 사용상의 편리성 및 안정성이 개선되어 보다 상품성이 향상되는 것이다.
이하에서 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 의한 과열방지회로가 구성된 피씨엠의 회로도로서, 배터리에 연결되는 단자(B+, B-)와 충전기에 연결되는 단자(P+, P-) 사이에 보호회로인 피씨엠(10)이 구성되고, 상기 피씨엠(10)의 일측에는 온도를 감지하는 감지부(20) 및 온도에 따라 피씨엠(10)의 스위칭부(11)를 제어하는 제어부(30)가 구성됨을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 과열방지회로의 상세회로도로서, 상기 제어부(20)는, 감지부(20)에서 감지된 온도에 따른 전압을 비교하는 제1오피엠프(OP-Amp)(31) 및 제2오피엠프(32)와, 상기 비교결과에 따라 제어신호를 출력하는 알에스플리플롭(RSp-p)(33)을 포함하여 구성된다.
여기서, 오피엠프는 반전입력단과 비반전입력단으로 입력되는 전압을 비교하여 결과를 출력하는 것으로, 다양한 기능을 수행하는 것이나 본 발명에서는 전압비 교 기능으로 사용한다.
또한, 상기 알에스플리플롭(Reset-Set flip-flop)은 리셋(Reset)단과 셋(Set)단으로 입력이 있을 경우에만 그 출력값을 변화시키는 것이며, 구성 및 작동상태에 대해서는 당업자간에 이미 알려진 것이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
즉, 본 발명에 의한 과열방지회로가 내장된 배터리팩은, 상기한 도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 피씨엠(10)과 감지부(20) 및 제어부(30) 등으로 구성되어 있다.
상기 피씨엠(10)은 배터리에 연결되는 단자(B+, B-)와 충전기에 연결되는 단자(P+, P-) 사이에 구성되어 있으며, 과전류와 과전압 등에 의해 배터리팩 또는 휴대용 단말기가 손상될 경우에 이를 감지하여 제1제어칩(U1)에 의해 제어되는 스위칭부(11)에 의해 충방전을 제어할 수 있다.
상기 감지부(20)는 하나 이상의 트랜지스터(Transistor)가 정전류원으로 사용하도록 구성되며, 상기 정전류원으로 사용되는 트랜지스터는 온도에 따라 전압이 변화되는 특성에 의해 온도를 감지하게 된다.
도 4a 및 도 4b는 상기와 같은 트랜지스터의 일예에 대한 특성그래프를 나타내고 있다.
먼저 도 4a에 나타난 바와 같이 베이스 전류(Base Curent)가 2㎂일때 베이스-이미터(Base-Emitter) 사이의 전압을 살펴보면, 온도가 100℃일 경우에는 0.48V이고, 온도가 25℃일 경우에는 0.60V임을 알 수 있다.
즉, 온도가 100℃에서 25℃로 변화될 때, 베이스-이미터 양단 전압은 총 0.12V가 변화되며, 평균적으로 온도 1℃마다 1.6㎷씩 변화되고 있음을 알 수 있다.
이러한 온도변화에 따른 전압의 변화가 도 4b에 나타난 바와 같이 선형적(linear)이면, 온도가 60℃일 경우에는 베이스-이미터 양단 전압이 0.544V이고, 온도가 45℃일 경우에는 베이스-이미터 양단 전압이 0.568V가 된다.
이때, 상기 전압의 총 변화량인 0.12V와 온도가 60℃ 및 45℃ 일 때의 베이스-이미터 양단 전압을 이용하여 제어부(30)의 비교회로를 구성하게 된다.
상기 제어부(30)는 감지부(20)에서 감지된 온도에 따른 전압을 입력받아 비교회로에 의해 비교하여 그 결과를 출력하는 것으로, 온도가 특정기준온도(예를 들어 60℃)를 초과하게 되면, 피씨엠(10)의 스위칭부(11)에 구성된 방전제어용 에프이티(FET : Field Effect Transistor)(FET1)를 오프시켜 방전을 방지하게 된다.
이때, 방전을 방지한다는 말은 휴대용 단말기로 전원을 공급하지 않음을 의미한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 과열방지회로를 보다 상세히 살펴보면, 감지부(20)에서 감지되는 온도에 따라 출력되는 전압은 제2제어칩(U2)의 LTH단과 HTH단으로 입력된다.
상기 LTH단은 제1오피엠프(LVD : Low-Voltage Detect)(31)의 반전입력단으로 연결되고, 상기 HTH는 제2오피엠프(HVD : High-Voltage Detect)(32)의 비반전입력단으로 연결되며, 상기 제1오피엠프(31)의 비반전입력단과 제2오피엠프(32)의 반전입력단에는 정전압원(VS)이 연결되어 진다.
상기 감지부(20)에 인가되는 전압은 60℃일 때 0.544V×2=1.088V이고, 45℃일 때 0.568V×2=1.136V가 된다.
그리고 제6저항(R6)의 양단전압이 0.104V가 되도록 제6저항의 값을 조절(V=IR, R= V/I; 따라서 제6저항은 0.104V/2㎂=52㏀)하여 45℃일 때 HTH단으로 1.24V가 인가되도록 한다.
또한, 60℃일 때 LTH단으로 1.24V가 인가되도록 하기 위하여 제5저항(R5)의 양단전압을 0.048V가 되도록 제5저항의 값을 조절한다.
한편, 상기 감지부(20)에 구성된 트랜지스터의 경우 온도가 높아지면 베이스-이미터 양단 전압이 낮아지고, 온도가 낮아지면 베이스-이미터 양단 전압이 높아지는 특성을 지니고 있다.
따라서 온도가 60℃보다 높아질 경우 상기 LTH단으로 1.24V보다 낮은 전압이 인가되며, 온도가 45℃보다 낮아질 경우 상기 HTH단으로 1.24V보다 높은 전압이 인가된다.
이때, 상기 정전압원(VS)의 전압이 1.24V라고 하면, 온도가 60℃보다 높아지게 되면, 제1오피엠프(31)의 반전입력단으로 입력되는 전압이 비반전입력단으로 입력되는 전압보다 낮아지게 되므로, 제1오피엠프(31)는 출력값(High-Signal)을 출력하게 된다.
또한, 온도가 45℃보다 낮아지게 되면, 제2오피엠프(32)의 비반전입력단으로 입력되는 전압이 반전입력단으로 입력되는 전압보다 높아지게 되므로, 제2오피엠프(32)는 출력값을 출력하게 된다.
상기 제1오피엠프(31)의 출력단은 알에스플리플롭(33)의 R단과 연결되며, 상게 제2오피엠프(32)의 출력단은 알에스플리플롭(32)의 S단과 연결된다.
따라서 온도가 60℃를 초과하게 되면, 제1오피엠프(31)의 출력단에서 출력된 출력신호가 알에스플리플롭(33)의 R단으로 입력되며, 상기 알에스플리플롭(33)은 출력값을 리셋(0 또는 Low-Signal)한다.
또한, 온도가 45℃이하로 떨어지게 되면, 제2오피엠프(32)의 출력단에서 출력된 출력신호가 알에스플리플롭(33)의 S단으로 입력되며, 상기 알에스플리플롭(33)은 출력값을 셋(1 또는 How-Signal)한다.
상기와 같은 알에스플리플롭(33)의 출력값은 피씨엠(10)의 스위칭부(11)에서 방전을 제어하는 에프이티(FET1)의 온오프(On-Off)를 제어하게 되는 바, 온도가 60℃를 초과하여 알에스플리플롭(33)의 출력값이 리셋일 경우 상기 에프이티(FET1)를 오프시켜 배터리가 방전을 하지 못하도록 한다.
이후, 온도가 45℃이하로 떨어지게 되어 알에스플리플롭(33)의 출력값이 셋일 경우 상기 에프이티(FET1)를 온시켜 배터리가 다시 방전할 수 있도록 한다.
이와 같은 동작을 그래프로 나타내면 도 3에 나타난 바와 같다.
따라서 온도가 60℃를 초과하게 될 경우 방전회로를 차단하여 휴대용 단말기 및 배터리팩의 소손을 방지하고, 상기 온도가 45℃보다 낮아질 경우에 다시 방전할 수 있도록 한 것이다.
상기 본 발명은 당업자의 요구에 따라 기본 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 배터리팩 내부의 피씨엠에 과열방지회로를 구성하여 배터리팩 자체에서 과열을 방지하도록 함으로써, 배터리팩의 소손 또는 폭발의 위험을 근본적으로 차단 및 예방할 수 있는 효과가 있다.
따라서 사용상의 편리성이 개선되어 보다 상품성이 향상되는 등의 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 배터리에 연결되는 단자(B+, B-)와 충전기에 연결되는 단자(P+, P-) 사이에 구성하되, 상기 배터리의 충방전을 제어하는 스위칭부(11)를 포함하는 피씨엠(10)과;
    온도를 감지하는 감지부(20)와;
    상기 감지부(20)에서 감지된 온도에 따라 상기 스위칭부(11)를 제어하는 제어부(30)를 포함하여 구성된 것에 있어서;
    상기 제어부(30)는,
    상기 감지부(20)에서 감지된 온도에 따른 출력전압을 반전입력단으로 입력받는 제1오피엠프(31)와,
    상기 감지부(20)에서 감지된 온도에 따른 출력전압을 비반전입력단으로 입력받는 제2오피엠프(32) 및
    상기 제1오피엠프(31)의 출력신호를 알(R)단으로 입력받고, 상기 제2오피엠프(32)의 출력신호를 에스(S)단으로 입력받으며, 출력값으로 스위칭부(11)의 온오프동작을 제어하는 알에스플리플롭(33)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 과열방지회로가 내장된 배터리팩.
KR1020040075880A 2004-09-22 2004-09-22 과열방지회로가 내장된 배터리팩 KR100613944B1 (ko)

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