KR100709865B1 - Battery pack - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전지 팩에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 전지 팩의 과충전, 과방전, 쇼트 또는 외부 셋트 동작에 의한 온도 상승 현상을 방지하는데 있다.The present invention relates to a battery pack, and the technical problem to be solved is to prevent the temperature rise due to the overcharge, over-discharge, short or external set operation of the battery pack.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 충방전 가능한 전지에 설치된 온도 센서와, 전지를 냉각시키는 냉각 부재를 포함하고, 온도 센서로부터 감지된 온도가 기준 온도 이상이 되면 냉각 부재를 동작시켜 전지를 냉각시키는 전지 팩이 제공된다.To this end, the gist of the solution according to the present invention includes a temperature sensor installed in a rechargeable battery and a cooling member for cooling the battery, and when the temperature sensed by the temperature sensor becomes higher than a reference temperature, the cooling member is operated to operate the battery. A battery pack for cooling is provided.
이와 같이 하여 본 발명은 전지의 과열 현상을 방지함으로써, 전지의 안전성을 더욱 향상시키게 된다.In this manner, the present invention further improves battery safety by preventing overheating of the battery.
전지 팩, 온도 센서, 냉각 부재, 펠티어 소자, 흡열부, 발열부 Battery pack, temperature sensor, cooling member, peltier element, heat absorbing portion, heat generating portion
Description
도 1은 본 발명에 따른 전지 팩을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a battery pack according to the present invention.
도 2a는 본 발명에 의한 전지 팩이 장착된 휴대용 컴퓨터의 일례를 도시한 저면도이고, 도 2b는 전지 팩의 단면도이다.Figure 2a is a bottom view showing an example of a portable computer equipped with a battery pack according to the present invention, Figure 2b is a cross-sectional view of the battery pack.
도 3은 본 발명에 따른 전지 팩의 제어 방법을 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of controlling a battery pack according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100; 본 발명에 의한 전지 팩100; Battery pack according to the present invention
110; 전지 120; 온도 센서110;
130; 냉각 부재 131; 흡열부130;
132; 발열부 140; 제어부132;
151; 충전 스위치 152; 방전 스위치151;
160; 전류 센서 P+,P-; 전지 팩의 단자160; Current sensors P +, P-; Terminals of the battery pack
L1,L2; 충방전 경로 170; 케이스L1, L2; Charge /
171; 보호회로기판 172; 배선171;
173; 커넥터 174; 걸림부173;
180; 외부 셋트180; External set
본 발명은 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 상세히는 과충전, 과방전, 쇼트 또는 외부 셋트 동작에 의한 온도 상승 현상을 방지할 수 있는 전지 팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack, and more particularly, to a battery pack capable of preventing the temperature rise due to overcharge, overdischarge, short or external set operation.
현재 충방전 가능한 전지(예를 들면, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지, 니켈 망간 전지, 니켈 카드뮴 전지) 또는 연료 전지(이하 전지 팩으로 약칭함) 등은 그 에너지 밀도가 높고, 크기가 소형이며 충방전 또는 연료 주입이 비교적 용이하여 각종 외부 셋트(휴대폰, 휴대용 컴퓨터 등등)의 전력 공급원으로 사용되고 있다.Currently chargeable and dischargeable batteries (for example, lithium ion secondary batteries, lithium polymer secondary batteries, nickel manganese batteries, nickel cadmium batteries) or fuel cells (hereinafter referred to as battery packs) have high energy density and small size. It is relatively easy to charge / discharge or fuel injection, and is used as a power source for various external sets (mobile phones, portable computers, etc.).
그런데, 이러한 전지 팩은 상기와 같은 편리성에도 불구하고, 에너지 밀도가 매우 높아서 어떠한 원인에 의해 과열되면 폭발하거나 화재를 일으킬 수 있어 매우 위험하다. 상기 전지 팩이 과열되는 원인은 여러 가지가 있을 수 있는데, 대표적으로 과충전, 과방전 및 외부 쇼트시에 온도가 급상승한다. 좀더 구체적으로, 전지 팩의 과충전시에는 예를 들면 양극 활물질의 전위가 지속적으로 상승하면서 리튬 이온의 석출에 의한 양극과 음극의 쇼트로 인해 온도가 상승하고, 또한 전지 팩의 과방전시에는 다량의 리튬 이온 이동으로 인해 온도가 상승한다. 더불어, 전지 외부에서 쇼트가 발생할 경우도 과방전과 마찬가지로 온도가 상승한다. 또한, 외부 세트의 동작시 예를 들면, 휴대폰이나 휴대용 컴퓨터 등의 파워 앰프 동작시 많은 열이 발생하는데, 이러한 외부 세트의 열이 전지 팩에 전달되어 외부 세트와 전지 가 함께 과열되는 경우가 있다.However, such a battery pack is very dangerous because, despite the above convenience, the energy density is very high and may explode or cause a fire if overheated by any cause. There may be various causes of overheating of the battery pack. Typically, the temperature increases rapidly during overcharge, overdischarge, and external short. More specifically, when the battery pack is overcharged, for example, while the potential of the positive electrode active material is continuously increased, the temperature increases due to the short-circuit of the positive electrode and the negative electrode due to the deposition of lithium ions. The temperature rises due to ion migration. In addition, when a short occurs outside the battery, the temperature rises similarly to overdischarge. In addition, when the external set is operated, for example, a large amount of heat is generated during operation of a power amplifier such as a mobile phone or a portable computer. The heat of the external set is transferred to the battery pack, and the external set and the battery may be overheated together.
이와 같이 전지 팩은 여러 가지 원인에 의해 온도가 상승할 수 있는데, 상기와 같이 온도가 급상승하면 내부 압력이 증가할 뿐만 아니라 전지 내부의 여러 가연성 물질이 분해됨으로써, 폭발이나 화재의 위험이 뒤따른다.As described above, the battery pack may increase in temperature due to various causes. As described above, when the temperature rises, not only the internal pressure increases, but also various combustible materials inside the battery are decomposed, resulting in an explosion or fire.
따라서, 종래에는 전지팩의 과충전, 과방전 및 쇼트 상태를 감지하고, 이에 따라 전지팩의 충방전 경로를 차단하거나, 또는 발열에 의한 내압 증가시 가스를 외부로 방출해주는 각종 안전 장치가 별도로 마련되고 있다.Therefore, in the related art, various safety devices for detecting overcharge, overdischarge, and short states of the battery pack and blocking the charge / discharge path of the battery pack or discharging gas to the outside when the internal pressure increases due to heat generation are separately provided. have.
그러나, 상기와 같이 전지 팩의 폭발 등을 유발하는 원인은 온도 상승 현상에도 있는데, 이러한 온도 상승 현상을 적극적으로 방지할 수 있는 수단이 아직 개발되지 못하고 있는 실정이다.However, the cause of the explosion of the battery pack as described above is also a temperature rise phenomenon, a means to actively prevent the temperature rise phenomenon has not been developed yet.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 과충전, 과방전, 쇼트 또는 외부 셋트 동작에 의한 전지 팩의 온도 상승 현상을 방지할 수 있는 전지 팩을 제공하는데 있다.The present invention is to overcome the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention to provide a battery pack that can prevent the temperature rise phenomenon of the battery pack due to overcharge, over-discharge, short or an external set operation.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 전지 팩은 적어도 하나의 충방전 가능한 전지와, 상기 전지의 소정 위치에 설치되어, 상기 전지의 온도를 감지하는 온도 센서와, 상기 전지의 소정 위치에 설치되어, 상기 전지를 냉각하는 냉각 부재와, 상기 온도 센서로부터 감지된 온도가 기준 온도 이상이 되면, 상기 냉각 부재에 전원을 공급하여 상기 전지가 냉각되도록 하는 제어부를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a battery pack according to the present invention includes at least one rechargeable battery, a temperature sensor installed at a predetermined position of the battery, and sensing a temperature of the battery, and installed at a predetermined position of the battery. And a cooling member for cooling the battery, and a controller for supplying power to the cooling member to cool the battery when the temperature sensed by the temperature sensor is equal to or higher than a reference temperature.
여기서, 상기 냉각 부재는 펠티어 소자일 수 있다.Here, the cooling member may be a Peltier device.
또한, 상기 냉각 부재는 흡열부가 전지에 접촉되고, 발열부가 전지의 바깥을 향하도록 설치된 펠티어 소자일 수 있다.In addition, the cooling member may be a Peltier element installed so that the heat absorbing portion contacts the battery and the heat generating portion faces the outside of the battery.
또한, 상기 냉각 부재는 전지로부터 전원을 공급받도록 설치될 수 있다.In addition, the cooling member may be installed to receive power from the battery.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 전지 팩은 전지가 과충전, 과방전, 쇼트 또는 외부 셋트의 동작으로 인해 과열될 경우, 냉각 부재가 동작함으로써, 상기 전지팩의 온도 상승을 적극적으로 억제하게 된다. 따라서, 전지 팩의 온도 상승으로 인한 폭발이나 화재를 미연에 예방하여, 상기 전지 팩의 안전성을 더욱 향상시키게 된다.As described above, the battery pack according to the present invention actively suppresses the temperature rise of the battery pack by operating the cooling member when the battery is overheated due to the operation of overcharging, overdischarging, shorting or an external set. Therefore, it is possible to prevent explosion or fire due to the temperature rise of the battery pack in advance, thereby further improving the safety of the battery pack.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings such that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 전지 팩을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a battery pack according to the present invention.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전지 팩(100)은 전지(110)와, 온도 센서(120)와, 냉각 부재(130)와, 제어부(140)를 포함한다. 또한, 본 발명은 전지(110)와 단자(P+) 사이의 충방전 경로(L1)에 충전 스위치(151) 및 방전 스위치(152)가 직렬로 연결될 수 있고, 전지(110)와 단자(P-) 사이의 충방전 경로(L2)에 전류 센서(160)가 더 설치될 수 있다.As shown, the
먼저 상기 전지(110)는 통상의 충방전 가능한 전지일 수 있다. 이러한 전지(110)는 적어도 하나 이상의 개수로 구비될 수 있으며, 본 발명에서 상기 전지(110)의 개수를 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 충방전 가능한 전지(110)는 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지, 니켈 망간 전지, 니켈 카드뮴 전지 등이 가능하며, 심지어 연료 전지도 가능하나, 여기서 상기 전지의 종류를 한정하는 것은 아니다. First, the
상기 온도 센서(120)는 물리적으로 상기 전지(110)의 표면에 설치될 수 있으며, 이는 상기 전지(110)의 온도를 감지하고, 이를 전기적 신호로 변환하여 상기 제어부(140)에 출력하는 역할을 한다. 이러한 온도 센서(120)는 통상의 써미스터, 열전대쌍, 반도체 또는 그 등가물중 어느 하나가 될 수 있으나, 여기서 상기 온도 센서(120)의 종류를 한정하는 것은 아니다.The
상기 냉각 부재(130) 역시 물리적으로 상기 전지(110)의 표면에 설치될 수 있으며, 이는 상기 전지(110)의 온도가 기준 온도 이상으로 상승했을 경우 상기 전지(110)를 냉각시키는 역할을 한다. 이러한 냉각 부재(130)는 부피 및 무게를 최소화하기 위해 펠티어 소자 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나를 이용할 수 있으나, 여기서 그 냉각 부재(130)의 종류를 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 펠티어 소자는 주지된 바와 같이 특성이 다른 두금속을 접합하고, 직류 전류를 흘렸을 때 한쪽 접합면(발열부)에서는 열이 발생하는 발열 반응을 하고, 다른쪽 접합면(흡열부)에서는 열을 흡수하는 흡열 반응을 한다. 따라서, 상기 펠티어 소자의 흡열부가 전지(110)에 접촉되도록 하고, 발열부가 전지(110)의 바깥 방향을 향하도록 설치하 면, 상기 펠티어 소자의 동작에 의해 전지(110)를 냉각시킬 수 있게 된다.The
상기 제어부(140)는 통상의 마이크로 프로세서, 연산 기능이 있는 반도체 집적회로 또는 통상의 아날로그 회로일 수 있다. 이러한 제어부(140)에는 상기 온도 센서(120)로부터 감지된 전지(110)의 온도 정보가 입력된다. 물론, 상기 제어부(140)는 상기 냉각 부재(130)뿐만 아니라, 상기 충전 스위치(151) 및 방전 스위치(152)도 제어한다. 즉, 상기 제어부(140)는 상기 온도 센서(120)로부터 감지된 전지(110)의 온도가 미리 설정한 기준 온도보다 높게 되면, 상기 냉각 부재(130)에 소정 전원을 인가함으로써, 상기 냉각 부재(130)가 동작하도록 한다. 이때, 상기 제어부(140)는 상기 냉가 부재(130)쪽으로 전지(110)의 전압이 인가되도록 한다. 또한, 상기 제어부(140)는 상기 전지(110)에 병렬로 연결되어 있음으로써, 상기 전지(110)의 전압을 감지할 수 있도록 되어 있다. 따라서, 상기 제어부(140)는 전지(110)의 충전 전압이 기준 전압보다 크면 상기 충전 스위치(151)를 오프시키는 제어 신호를 상기 충전 스위치(151)에 인가하고, 전지(110)의 방전 전압이 기준 전압보다 작으면 상기 방전 스위치(152)를 오프시키는 제어 신호를 상기 방전 스위치(152)에 인가한다. 한편, 상기 제어부(140)는 상기 전류 센서(160)를 이용하여 전지(110)의 충전 전류 및 방전 전류도 감지할 수 있다. 즉, 전류 센서(160)의 저항은 고정되어 있으므로, 상기 전류 센서(160)의 전압을 측정함으로써, 옴의 법칙에 의해 충전 전류 또는 방전 전류를 감지하게 된다. 물론, 이러한 충전 전류 또는 방전 전류가 기준 전류보다 크거나 작으면, 상기 제어부(140)는 상기 충전 스위치(151) 또는 방전 스위치(152)를 오프시키게 된다.The
상기 충전 스위치(151) 및 방전 스위치(152)는 전지(110)와 단자(P+) 사이의 충방전 경로(L1)에 직렬로 연결되어 있다. 이러한 충전 스위치(151) 및 방전 스위치(152)는 통상의 전계효과트랜지스터(FET)일 수 있다. 즉, 소스와 드레인이 충방전 경로(L1)에 연결되고, 게이트는 상기 제어부(140)에 연결되어 제어될 수 있다. 물론, 전계효과트랜지스터뿐만 아니라 통상의 바이폴라 트랜지스터 또는 그 등가물이 이용될 수 있음은 당연하다.The
상기 전류 센서(160)는 상기 전지(110)와 단자(P-) 사이의 충방전 경로(L2)에 직렬로 연결되어 있다. 따라서, 상기와 같이 제어부(140)가 상기 전류 센서(160)의 전압을 측정함으로써, 간접적으로 상기 전류 센서(160)를 통과하는 충전 전류 또는 방전 전류를 감지하게 된다.The
도 2a는 본 발명에 의한 전지 팩이 장착된 외부 셋트의 일례를 도시한 저면도이고, 도 2b는 전지 팩의 단면도이다.2A is a bottom view showing an example of an external set to which a battery pack according to the present invention is mounted, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the battery pack.
도시된 바와 같이 전지 팩(100)은 외부 셋트(180, 예를 들면 휴대용 컴퓨터)의 일측에 착탈 가능하게 되어, 소정 전원을 공급할 수 있도록 되어 있다. 이러한 전지 팩(100)은 내부에 적어도 하나의 전지(110)가 설치되어 있으며, 일측에 상술한 제어부(140), 충전 스위치(151) 및 방전 스위치(152) 등이 설치된 보호회로기판(171)이 위치된다.As shown in the drawing, the
더불어, 도시된 바와 같이 냉각 부재(130)는 대략 상기 전지(110)를 감싸는 형태로 설치된다. 즉, 상기 냉각 부재(130)가 펠티어 소자일 경우 흡열부(131)가 상기 전지(110)에 직접 접촉하는 형태를 하고, 발열부(132)는 전지(110)의 바깥 방향을 향하도록 설치된다. 물론, 상기 냉각 부재(130)는 배선(172)을 통하여 보호회로기판(171)에 전기적으로 연결된다. 더불어, 상기 보호회로기판(171)에는 도시되지 않은 온도 센서 등이 연결되어 있다.In addition, as shown, the cooling
이와 같이 하여, 상기 보호회로기판(171)에 설치된 제어부(140)는 온도 센서(120)로부터 감지한 전지(110)의 온도가 기준 온도보다 클 경우 상기 냉각 부재(130)에 전지(110)의 전원을 인가함으로써, 상기 냉각 부재(130)가 동작하여 상기 전지(110)가 냉각되도록 한다. In this way, the
도면중 미설명 부호 170은 전지(110) 및 보호회로기판(171) 등을 감싸는 절연 케이스이고, 미설명 부호 173은 휴대용 컴퓨터에 전기적으로 연결되는 커넥터이며, 미설명 부호 174는 외부 셋트(180)에 기계적으로 연결되는 걸림 부재이다.In the drawings,
이러한 외부 셋트(180) 및 이것에 결합되는 전지 팩(100)은 본 발명의 이해를 위한 일례일뿐이며, 그 형상은 매우 다양한 형태로 변형 가능하다.The
도 3은 본 발명에 따른 전지 팩의 제어 방법을 도시한 순서도이다. 여기서는 전지(110), 온도 센서(120), 냉각 부재(130) 및 제어부(140) 사이의 동작 관계 만을 설명하고, 상기 제어부와 충전 스위치 및 방전 스위치 사이의 동작 관계는 종래와 동일하므로 생략하기로 한다.3 is a flowchart illustrating a method of controlling a battery pack according to the present invention. Here, only the operation relationship between the
도시된 바와 같이 본 발명은 온도 감지 단계(S1), 온도 비교 단계(S2) 및 냉각 부재 동작 단계(S3)를 포함한다.As shown, the present invention includes a temperature sensing step S1, a temperature comparing step S2, and a cooling member operating step S3.
상기 온도 감지 단계(S1)에서는 전지 팩(100)의 제어부(140)가 온도 센서(120)로부터 입력되는 값을 분석하여, 현재의 전지(110) 온도를 감지한다.In the temperature sensing step S1, the
이어서 상기 온도 비교 단계(S2)에서는 제어부(140)가 미리 설정된 전지(110)의 적정 온도와 상기 온도 센서(120)로부터 얻은 전지(110)의 온도값을 상호 비교한다.Subsequently, in the temperature comparison step S2, the
이어서 냉각 부재 동작 단계(S3)에서는 상기 비교 결과 전지(110)의 온도가 미리 설정된 온도보다 높을 경우, 상기 제어부(140)가 상기 냉각 부재(130)를 동작시킨다. 즉, 제어부(140)가 펠티어 소자와 같은 냉각 부재(130)에 소정 전원을 인가함으로써, 상기 전지(110)의 온도가 미리 설정된 온도까지 낮아지도록 한다. 물론, 상기 비교 결과 전지(110)의 온도가 미리 설정된 온도보다 낮을 경우에는 온도 감지 단계(S1)로 되돌아 간다.Subsequently, in operation S3 of the cooling member, when the temperature of the
이와 같이 하여 본 발명은 전지(110)의 온도가 기준 온도보다 높을 경우 냉각 부재(130)를 반복적으로 동작시킴으로써, 전지(110)가 과열되지 않도록 한다. 따라서, 본 발명은 전지(110)의 과열을 방지하여 전지(110)의 안전성을 더욱 향상시키게 된다.In this manner, the present invention prevents the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지 팩은 전지가 과충전, 과방전, 쇼트 또는 외부 셋트의 동작으로 인해 과열될 경우, 냉각 부재가 동작함으로써, 상기 전지팩의 온도 상승을 적극적으로 억제하게 된다. 따라서, 전지 팩의 온도 상승으로 인한 폭발이나 화재를 미연에 예방하여, 상기 전지 팩의 안전성을 더욱 향상시키게 된다.As described above, the battery pack according to the present invention, when the battery is overheated due to the operation of the overcharge, over-discharge, short or an external set, the cooling member is operated, thereby actively suppressing the temperature rise of the battery pack. Therefore, it is possible to prevent explosion or fire due to the temperature rise of the battery pack in advance, thereby further improving the safety of the battery pack.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전지 팩을 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.What has been described above is just one embodiment for carrying out the battery pack according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the present invention deviates from the gist of the present invention as claimed in the following claims. Without this, anyone skilled in the art to which the present invention pertains will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
Claims (8)
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