KR101085725B1

KR101085725B1 - 전지 팩

Info

Publication number: KR101085725B1
Application number: KR1020080099104A
Authority: KR
Inventors: 타카시 타케다
Original assignee: 미쓰미덴기가부시기가이샤
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2011-11-21
Also published as: KR20100040057A

Abstract

본 발명은, 이차 전지의 온도보호를 높은 정밀도로 수행할 수 있는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 전지 팩(10A)은, 리튬 이온 전지(12)와 병렬 접속된 서미스터(R13)와 저항(R14)의 직렬회로에 있어서, 저항(R14)과, 음극의 전원(Vss)과의 사이에 접속된 MOS 트랜지스터(M13)를 가지며, 리튬 이온 전지(12)의 과방전이 검출되었을 때, MOS 트랜지스터(M11)와 MOS 트랜지스터(M13)를 오프로 한다.

Description

전지 팩{BATTERY PACK}

본 발명은, 전지 팩에 관한 것이며, 이차 전지의 과충전, 과방전 및 과전류를 검출하여 상기 이차 전지와 부하 또는 충전장치와의 사이의 배선에 설치된 스위칭 소자를 오프시키는 보호회로를 구비한 전지 팩에 관한 것이다.

최근, 이차 전지로서 리튬 이온 전지가 디지털 카메라 등의 휴대기기에 탑재되고 있다. 리튬 이온 전지는 과충전 및 과방전에 약하기 때문에, 과충전 및 과방전 보호회로를 구비한 전지 팩의 형태로 사용된다.

도 4 및 도 5는, 종래의 전지 팩의 각 예의 블록도를 나타낸 것이다. 도 4에서, 리튬 이온 전지(2)와 병렬로 저항(R1)과 콘덴서(C1)의 직렬회로가 접속되어 있다. 리튬 이온 전지(2)의 양극은 전지 팩(1)의 외부단자(3)에 접속되고, 음극은 전류차단용의 n채널 MOS(금속 산화막 반도체) 트랜지스터(M1, M2)를 통해 전지 팩(1)의 외부단자(4)에 접속되어 있다.

MOS 트랜지스터(M1, M2)는 드레인을 공통 접속하며, MOS 트랜지스터(M1)의 소스는 리튬 이온 전지(2)의 음극에 접속되고, MOS 트랜지스터(M2)의 소스는 외부단자(4)에 접속되어 있다. 또한, 각 MOS 트랜지스터(M1, M2)는, 드레인·소스 사 이에 등가적으로 바디 다이오드(D1, D2)가 접속되어 있다.

보호 IC(집적회로; 5)는, 과충전 검출회로, 과방전 검출회로, 과전류 검출회로를 내장하고 있다. 또한, 보호 IC(5)는 리튬 이온 전지(2)의 양극으로부터 저항(R1)을 통해 전원(Vdd)을 공급받는 동시에 리튬 이온 전지(2)의 음극으로부터 전원(Vss)를 공급받아 동작한다.

보호 IC(5)는 과방전 검출회로 혹은 과전류 검출회로에서 과방전 혹은 과전류를 검출하였을 때 DOUT 출력을 저레벨로 하여 MOS 트랜지스터(M1)를 차단하고, 과충전 검출회로에서 과충전을 검출하였을 때 COUT 출력을 저레벨로 하여 MOS 트랜지스터(M2)를 차단한다.

도 5에서는, 또한, 전지 팩(1) 내에 서미스터(R3)가 설치되어 있다. 서미스터(R3)의 일단은 전지 팩(1)의 단자(6)에 접속되고, 타단은 외부단자(4)에 접속되어 있다. 전지 팩(1)의 단자(6)에는 충전시에 충전장치로부터 분압 저항을 통해 소정의 전압이 인가된다. 전지 팩(1)의 온도에 의해 서미스터(R3)의 저항치가 변화함으로써 단자(6)의 전압은 변화한다. 충전장치는, 단자(6)의 전압을 검출하여 전지 팩(1)의 온도가 소정치를 초과하면 충전을 정지하도록 제어한다.

또한, 특허문헌 1에는, 이차 전지에 온도보호소자(PTC소자)와 직렬로 접속된 다이오드 및 이것들과 반대방향으로 병렬로 접속된 다이오드를 이차 전지에 접속하여, 통상의 방전시에는 고온이 되더라도 온도보호소자(PTC소자)가 동작하지 않도록 하는 것이 기재되어 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허공개공보 제2004-152580호

도 4에 나타낸 종래예에는 전지 팩의 온도에 대한 보호기능이 없다. 또한, 도 5에 나타낸 종래예에는 전지 팩의 온도에 대한 보호기능이 있기는 하지만, 충전장치로부터 분압저항을 통해 소정의 전압이 인가되기 때문에, 충전장치의 소정의 전압이 변화한 경우나 충전장치의 분압저항의 오차가 있는 경우에는, 전지 팩의 온도를 정확히 검출하지 못하여, 높은 정밀도로 온도보호를 수행할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 이차 전지의 온도보호를 높은 정밀도로 수행할 수 있는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기한 목적을 달성하기 위해, 이하와 같은 구성을 채용하였다.

본 발명의 전지 팩은, 이차 전지(12)의 과충전, 과방전, 과전류를 검출하여 상기 이차 전지와 부하 또는 충전장치와의 사이의 배선에 설치된 제 1 및 제 2 스위칭 소자(M11, M12)의 온/오프를 제어하는 보호회로(15A)를 구비한 전지 팩(10A)으로서,

상기 이차 전지(12)의 근방에 설치되어 상기 이차 전지와 병렬로 접속된 서미스터(R13)와 저항(R14)의 직렬회로와,

상기 보호회로(15A) 내에서, 상기 서미스터(R13)와 저항(R14)의 접속점의 전압을 소정 온도에 대응하는 기준전압과 비교하는 비교기(21)와,

상기 저항(R14)과 상기 이차 전지(12)의 음극과의 사이에 접속된 제 3 스위칭 소자(M13)를 가지며,

상기 보호회로(15A)는, 상기 이차 전지(12)의 과방전이 검출되었을 때, 상기 제 1 스위칭 소자(M11)와 상기 제 3 스위칭 소자(M13)를 오프시킴으로써, 이차 전지의 온도 보호를 높은 정밀도로 수행할 수 있다.

또한, 상기 제 1 내지 제 3 스위칭 소자(M11, M12, M13)는, n채널 MOS 트랜지스터인 구성으로 할 수 있다.

또한, 상기 서미스터(R13)는, 음의 온도계수를 갖는 NTC 서미스터인 구성으로 할 수 있다.

또한, 상기 괄호 내의 참조부호는, 이해를 용이하게 하기 위해 붙인 것이며, 일례에 지나지 않으므로, 도시한 양태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 의하면, 이차 전지의 온도보호를 높은 정밀도로 수행할 수 있다.

(참고예)

도 1은, 본 발명의 전지 팩의 참고예의 블록도를 나타낸 것이다. 동 도면 중, 리튬 이온 전지(12)와 병렬로 저항(R11)과 콘덴서(C11)의 직렬회로가 접속되어 있다. 리튬 이온 전지(12)의 양극은 배선에 의해 전지 팩(10)의 외부단자(13)에 접속되고, 음극은 배선에 의해 전류차단용 n채널 MOS 트랜지스터(M11, M12)를 통해 전지 팩(10)의 외부단자(14)에 접속되어 있다.

MOS 트랜지스터(M11, M12)는 드레인을 공통 접속하며, MOS 트랜지스터(M11)의 소스는 리튬 이온 전지(12)의 음극에 접속되고, MOS 트랜지스터(M12)의 소스는 외부단자(14)에 접속되어 있다. 또한, 각 MOS 트랜지스터(M11, M12)는, 드레인·소스 사이에 등가적으로 바디 다이오드(D11, D12)가 접속되어 있다.

또한, 리튬 이온 전지(12)와 병렬로 서미스터(R13)와 저항(R14)의 직렬회로가 접속되어 있다. 상기 서미스터(R13)는, 전지 팩(10) 내에서 리튬 이온 전지(12) 근방에 설치되어 리튬 이온 전지(12)와 열(熱)결합되어 있다. 서미스터(R13)는 음의 온도계수를 갖는 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터를 이용한다.

또한, 도 2는 음의 온도계수를 갖는 NTC 서미스터와, 양의 온도계수를 갖는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 서미스터의 각각의 온도·저항특성을 나타낸 것이다.

보호 IC(15)는, 과충전 검출회로(16), 과방전 검출회로(17), 과전류 검출회로(18)를 내장하고 있다. 또한, 보호 IC(15)는 리튬 이온 전지(12)의 양극으로부터 저항(R11)을 통해 전원(Vdd)을 단자(15a)에 공급받는 동시에, 리튬 이온 전지(12)의 음극으로부터 전원(Vss)을 단자(15c)에 공급받아 동작한다.

과충전 검출회로(16)는 단자(15a, 15c)의 전압으로부터 리튬 이온 전지(12)의 과충전을 검출하여 검출신호를 논리회로(19)에 공급한다. 과방전 검출회로(17)는 단자(15a, 15c)의 전압으로부터 리튬 이온 전지(12)의 과방전을 검출하여 검출신호를 논리회로(19)에 공급한다. 과전류 검출회로(18)는 단자(15c, 15f)의 전압 으로부터 저항(R12)에 흐르는 전류가 지나치게 많아지는 과전류를 검출하여 검출신호를 논리회로(19)에 공급한다.

또한, 보호 IC(15)는 단자(15b)에 서미스터(R13)와 저항(R14)의 접속점(A)이 접속되며, 단자(15f)에 저항(R12)의 일단이 접속되어 있다. 저항(R12)의 타단은 외부단자(14)에 접속되어 있다. 또한, 보호 IC(15)는 DOUT 출력의 단자(15d)에 MOS 트랜지스터(M11)의 게이트가 접속되고, COUT 출력의 단자(15e)에 MOS 트랜지스터(M12)의 게이트가 접속되어 있다.

보호 IC(15)에 있어서, 단자(15b)는 비교기(21)의 비(非) 반전입력단자에 접속되어 있다. 단자(15c)는 제너 다이오드 등의 정전압원(定電壓源)(20)의 음극에 접속되고, 정전압원(20)의 양극은 비교기(21)의 반전입력단자에 접속되어 있다.

서미스터(R13)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 음의 온도계수를 갖는 NTC 서미스터이기 때문에, 온도가 상승함에 따라서 저항치가 저하되어 접속점(A)의 전압은 상승한다.

비교기(21)는 히스테리시스 특성을 가지며, 정전압원(20)에서 발생한 정전압(V1)과 접속점(A)의 전압을 비교하여, 접속점(A)의 전압이 높을 때 고레벨의 신호를 출력한다. 즉, 서미스터(R13)의 검출온도가 정전압(V1)에 대응하는 소정 온도(예컨대 70℃ 정도)를 초과하면 비교기(21)는 고레벨의 고온검출신호를 출력한다.

비교기(21)가 출력하는 고온검출신호는 불감응시간 설정회로(22)에 공급된다. 불감응시간 설정회로(22)는 고온검출신호의 고레벨 기간이 소정치(예컨대 0.5sec)를 초과하면 고레벨의 고온검출신호를 논리회로(19)에 공급한다.

논리회로(19)에는, 과충전 검출회로(16), 과방전 검출회로(17), 과전류 검출회로(18)의 각각의 검출신호가 공급되는 동시에, 불감응(不感應)시간 설정회로(22)가 출력하는 고온검출신호가 공급되고 있다.

논리회로(19)는 과충전 검출회로(16)로부터 과충전 검출신호를 공급받으면 단자(15e)의 COUT 출력을 저레벨로 하여 MOS 트랜지스터(M12)를 차단하고, 과방전 검출회로(17)로부터 과방전 검출신호를 공급받으면 단자(15d)의 DOUT 출력을 저레벨로 하여 MOS 트랜지스터(M11)를 차단하고, 과전류 검출회로(18)로부터 과전류 검출신호를 공급받으면 단자(15d)의 DOUT 출력을 저레벨로 하여 MOS 트랜지스터(M11)를 차단한다.

논리회로(19)는 고온검출신호가 고레벨이 되면, 단자(15e)의 COUT 출력을 저레벨로 하여 MOS 트랜지스터(M12)를 차단한다. 이에 따라, 리튬 이온 전지(12)의 온도를 정확히 검출하고, 또한 리튬 이온 전지(12)가 고온이 된 경우에 충전을 정지시켜 보호할 수 있다.

또한, 서미스터(R13)는 도 2에 도시한 바와 같이 온도에 대해 거의 선형으로 저항치가 변화하는 NTC 서미스터를 이용하고 있기 때문에 온도를 높은 정밀도로 검출할 수 있으며, 서미스터(R13)를 전지 팩(10) 내에서 리튬 이온 전지(12)의 근방에 설치함으로써 리튬 이온 전지(12)의 온도를 높은 정밀도로 검출할 수 있다. 한편, PTC 서미스터는 어떤 온도를 초과하면 급격히 저항치가 증가하기 때문에 온도를 높은 정밀도로 검출할 수 없다.

그런데, 전지 팩(10)에서는, 온도를 검출하는 온도검출회로를 구성하는 서미스터(R13)와 저항(14)의 직렬회로가 리튬 이온 전지(12)와 병렬로 접속되기 때문에, 리튬 이온 전지(12), 서미스터(R13), 저항(R14)에 의한 루프가 구성된다.

이 때문에 전지 팩(10)에서는, 과방전이 검출되어 MOS 트랜지스터(M11)가 차단되더라도, 이 루프에서 리튬 이온 전지(12)는 방전되어 버린다. 이 때문에 전지 팩(10A)에서는, 과방전 상태임에도 불구하고 리튬 이온 전지(12)로부터 더 방전될 우려가 있다. 상기 과방전 검출 후의 추가적인 방전을 정지시키는 것이 이하에 설명하는 본 실시형태이다.

(실시형태)

도 3은, 본 발명의 전지 팩의 하나의 실시형태에 대한 블록도를 나타낸 것이다. 동 도면 중, 도 1과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.

본 실시형태의 전지 팩(10A)이 가지는 보호 IC(15A)는, 참고예에서 설명한 보호 IC(15)가 가지는 각 단자에 더하여, 단자(15g)를 추가로 가진다. 또한, 보호 IC(15A)는, 단자(15g)와 단자(15c) 사이에 접속된 스위칭 소자인 MOS 트랜지스터(M13)를 가진다. MOS 트랜지스터(M13)의 게이트에는, 논리회로(19)로부터의 출력신호가 인가된다. 또한, 본 실시형태의 MOS 트랜지스터(M13)는, MOS 트랜지스터(M11, M12)와 동일한 n채널 MOS 트랜지스터로 하였다.

본 실시형태에서는, 저항(R14)은, 일단이 접속점(A)에 접속되어 있고, 타단이 단자(15g)에 접속되어 있으며, 저항(R14)은 MOS 트랜지스터(M13)를 통해 리튬 이온 전지(12)의 음극과 접속되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 리튬 이온 전지(12), 서미스터(R13), 저항(R14), MOS 트랜지스터(M13)에 의해 루프가 구성되게 된다.

본 실시형태에서 논리회로(19)는, 과방전 검출회로(17)로부터 과방전 검출신호를 공급받으면, 단자(15d)의 DOUT 출력을 저레벨로 하여 MOS 트랜지스터(M11)를 차단하고, 리튬 이온 전지(12)로부터의 부하에 대한 방전을 정지시킨다. 또한, 논리회로(19)는, 단자(15d)에 공급되는 저레벨 신호를 MOS 트랜지스터(M13)의 게이트에 공급하고, MOS 트랜지스터(M13)를 오프로 하여 차단한다. 또한 본 실시형태에서는, MOS 트랜지스터(M11)와 MOS 트랜지스터(M13)가 동기하여 차단되는 것이 바람직하다.

전지 팩(10A)에서는, MOS 트랜지스터(M13)가 차단되면, 리튬 이온 전지(12), 서미스터(R13), 저항(R14), MOS 트랜지스터(M13)로 구성되는 루프가 차단되고, 리튬 이온 전지(12)로부터의 루프에 있어서의 방전이 정지된다. 따라서, 전지 팩(10A)에서는, 과방전 검출 후의 리튬 이온 전지(12)로부터의 방전을 정지시킬 수 있다.

이와 같이 본 실시형태의 전지 팩(10A)에 의하면, 온도검출회로를 구성하는 서미스터(R13)와 저항(R14)의 직렬회로를 가지는 구성이라 하더라도, 상기 직렬회로와 리튬 이온 전지(12)의 음극과의 사이에 MOS 트랜지스터(M13)를 설치함으로써, 과방전이 검출된 후의 추가적인 방전을 정지시킬 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 전지 팩(10A)에 의하면, 리튬 이온 전지(12)의 온도 보호를 높은 정밀도로 수행하 고, 또한 과방전이 검출된 후의 리튬 이온 전지(12)의 방전을 정지시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, MOS 트랜지스터(M13)가 보호 IC(15A) 내에 설치되어 있다. 그러나, 상기 구성에 한정되지 않으며, MOS 트랜지스터(M13)는, 보호 IC(15A)의 외부에 설치되어도 좋고, 서미스터(R13), 저항(R14), 리튬 이온 전지(12)에 의해 구성되는 루프를 차단할 수 있는 위치에 설치되어 있으면 된다.

이상, 실시형태에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 상기 실시형태에 나타낸 요건에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 이러한 점들에 관해서는, 본 발명의 주요 요지를 벗어나지 않는 범위에서 변경이 가능하며, 그 응용형태에 따라 적절히 정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 전지 팩의 참고예에 대한 블록도이다.

도 2는 NTC 서미스터와 PTC 서미스터의 각각의 온도 및 저항특성을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 전지 팩의 하나의 실시형태를 나타낸 블록도이다.

도 4는 종래의 전지 팩의 일례를 나타낸 블록도이다.

도 5는 종래의 전지 팩의 다른 일례를 나타낸 블록도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10, 10A : 전지 팩 12 : 리튬 이온 전지

13, 14, TH : 외부 단자 15, 15A : 보호 IC

16 : 과충전 검출회로 17 : 과방전 검출회로

18 : 과전류 검출회로 19 : 논리회로

20 : 정전압원 21 : 비교기

22 : 불감응시간 설정회로

M11, M12, M13 : MOS 트랜지스터

R11, R12, R23 : 저항

R13 : 서미스터

Claims

이차 전지의 과충전, 과방전, 과전류를 검출하여 상기 이차 전지와 부하 또는 충전장치와의 사이의 배선에 설치되어, 상호 접속된 제 1 및 제 2 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 보호회로를 구비한 전지 팩으로서,

상기 이차 전지와 병렬로 접속되며, 상기 이차 전지와 열결합되도록 설치된 서미스터와, 저항과, 제 3 스위칭 소자를 포함하는 직렬회로와,

상기 보호회로 내에서, 상기 서미스터와 저항의 접속점의 전압을 기준전압과 비교하는 비교기와,

상기 저항과 상기 이차 전지의 음극과의 사이에 접속된 제 3 스위칭 소자를 가지며,

상기 보호회로는, 상기 이차 전지의 과방전이 검출되었을 때, 상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 3 스위칭 소자를 오프시키는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
제 1항에 있어서,

상기 제 1 내지 제 3 스위칭 소자는, n채널 MOS 트랜지스터임을 특징으로 하는 전지 팩.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 서미스터는, 음의 온도계수를 갖는 NTC 서미스터임을 특징으로 하는 전 지 팩.