KR101108188B1 - 배터리 보호회로 및 이의 제어방법 - Google Patents

배터리 보호회로 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 보호회로 및 이의 제어방법에 대한 것으로, 직렬 연결되는 충전 제어 스위치 및 방전 제어 스위치를 구비하며, 배터리 셀의 일 전극과 연결되는 제1 노드와 외부 장치와 연결되는 제2 노드 사이에 연결되는 제1 전류 경로, 제1 노드와 제2 노드 사이에 제1 전류 경로와 병렬로 연결되며, 제1 전류 경로보다 작은 저항값을 갖는 제2 전류 경로, 및 제2 전류 경로의 전류 차단을 제어하는 제어IC를 포함하는 배터리 보호회로를 제공한다.

Description

배터리 보호회로 및 이의 제어방법{Battery protection circuit and controlling method of the same}
본 발명은 배터리 보호회로 및 이의 제어방법에 대한 것이다.
휴대용 전자기기, 예를 들어 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등이 널리 사용됨에 따라서 이들 휴대용 전자기기를 동작시키기 위한 전원을 공급하는 배터리에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.
배터리는 배터리 셀과 배터리 셀의 충전 및 방전을 제어하는 보호회로를 포함하는 배터리 팩 형태로 제공되며, 배터리 셀의 종류에 따라서 리튬 이온(Li-ion) 배터리, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 배터리 등으로 분류할 수 있다. 이러한 배터리 셀은 재충전이 가능한 이차전지로서 재충전하여 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 충전 및 방전 효율을 높이는 배터리 보호회로 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 실시예의 일 측면에 따르면, 직렬 연결되는 충전 제어 스위치 및 방전 제어 스위치를 구비하며, 배터리 셀의 일 전극과 연결되는 제1 노드와 외부 장치와 연결되는 제2 노드 사이에 연결되는 제1 전류 경로와, 제1 노드와 제2 노드 사이에 제1 전류 경로와 병렬로 연결되며, 제1 전류 경로보다 작은 저항값을 갖는 제2 전류 경로로서, 제2 전류 경로에 흐르는 전류량에 따라서 전류를 차단하는 제1 전류 차단부를 구비하는 제2 전류 경로와, 제1 전류 차단부가 제2 전류 경로에서의 전류 흐름을 차단하도록 동작하는 제어IC를 포함하는 배터리 보호회로를 제공한다.
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본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리 셀의 타 전극과 연결되는 제3 노드와 제2 노드를 쇼트시키기 위한 쇼트 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 쇼트 제어부는, 제3 노드와 제2 노드 사이에 흐르는 전류량에 따라서 전류의 차단을 제어하는 제2 전류 차단부, 제3 노드와 제2 노드 사이의 전류 흐름을 제어하는 쇼트 제어 스위치, 및 제어IC로부터의 제어 신호에 따라서 쇼트 제어 스위치의 동작을 제어하는 스위칭 제어부를 포함할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 제1 전류 차단부 및 제2 전류 차단부는 퓨즈를 포함할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 제1 전류 차단부에 포함된 퓨즈가 제2 전류 차단부에 포함된 퓨즈보다 먼저 개방될 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 제1 전류 차단부 및 제2 전류 차단부는 PTC 써미스터를 포함할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 제1 전류 차단부에 포함된 PTC 써미스터의 큐리 온도가 제2 전류 차단부에 포함된 PTC 써미스터의 큐리 온도보다 낮을 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 스위칭 제어부는, 충전 제어 스위치 및 방전 제어 스위치의 동작을 제어하는 신호를 사용하여 쇼트 제어 스위치의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예의 다른 측면에 따르면, 배터리 셀의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 보호회로의 제어방법으로서, 충전 제어 스위치 및 방전 제어 스위치를 포함하는 제1 전류 경로, 및 제1 전류 경로와 병렬 연결되며 제1 전류 경로보다 낮은 저항값을 갖는 제2 전류 경로에 동시에 충전 전류 또는 방전 전류를 흐르게 하는 배터리 보호회로의 제어방법을 제공한다.
이러한 본 실시예의 다른 특징에 의하면, 배터리 셀에 이상 상황이 발생할 때, 제2 전류 경로를 개방시켜 제2 전류 경로에 흐르는 전류를 차단시킬 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 제2 전류 경로의 개방은, 배터리 셀의 양극, 배터리 셀의 이상 상황 발생시 전류를 통과시키며 제1 전류 경로와 제2 전류 경로가 연결된 일 단자와 배터리 셀의 양극 사이에 연결된 제3 전류 경로, 및 제1 전류 경로와 제2 전류 경로로 이루어진 루프를 통하여 전류를 흐르게 하고, 제2 전류 경로에 흐르는 전류량에 따라서 제2 전류 경로를 개방하는 것에 의하여 수행할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 제2 전류 경로가 개방된 이후, 배터리 셀의 양극, 제3 전류 경로, 및 제1 전류 경로로 이루어진 루프를 통하여 전류를 흐르게 하고, 제3 전류 경로에 흐르는 전류량에 따라서 제3 전류 경로를 개방할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 배터리 보호회로 및 이의 제어방법에 의하여 배터리 셀의 충전 및 방전 효율을 높일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 내지 도 6은 도 1의 배터리 팩의 동작을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 수 있다. 또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 회로도이다.
배터리 팩(1)은 배터리 보호회로(100, 이하 '보호회로'라고 함)와 배터리 셀(200)을 포함한다.
배터리 셀(200)은 하나 또는 2 이상의 베어 셀(210)을 포함할 수 있다. 배터리 셀(200)은 보호회로(100)의 배터리 접속 단자(110)와 연결되고, 보호회로(100)의 외부 연결 단자(120)가 외부 장치와 연결되면, 충전 또는 방전을 수행한다. 베어 셀(210)은 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어지는 전극 조립체와 전극 조립체를 수용하며 상단에 개구부를 형성하는 캔 및 캔의 개구부에 구비되어 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 구비한다. 배터리 셀(200)은 충전하여 사용하는 것이 가능한 이차 전지이다.
보호회로(100)는 배터리 셀(200)의 충전 및 방전을 제어하고, 배터리 셀(200)의 이상 상황을 감지하여 배터리 셀(200)의 파손을 방지한다. 이러한 보호회로(100)는 배터리 접속 단자(110), 외부 연결 단자(120), 제1 전류 경로(130), 제2 전류 경로(140), 제어IC(150), 쇼트 제어부(160)를 포함할 수 있다.
배터리 접속 단자(110)는 배터리 셀(200)과 연결되어 배터리 셀(200)로부터 전력을 공급받거나 배터리 셀(200)로 전력을 공급한다. 배터리 접속 단자(110)는 배터리 셀(200)의 양극과 연결되는 양극 단자(111)와 배터리 셀(200)의 음극과 연결되는 음극 단자(112)를 구비한다.
외부 연결 단자(120)는 충전기 또는 외부 기기와 연결되는 부분이다. 외부 기기란 휴대폰, 노트북 등 배터리 셀(200)의 전력을 사용하는 부하를 말한다. 외부 연결 단자(120)는 양극 단자(121)와 음극 단자(122)를 구비한다. 외부 연결 단자(120)에 충전기가 연결되는 경우, 양극 단자(121)를 통하여 전류가 유입되고, 음극 단자(122)를 통하여 전류가 나가 충전이 이루어진다. 반대로 외부 연결 단자(120)에 외부 기기가 연결되는 경우, 양극 단자(121)를 통하여 전류가 나가고, 음극 단자(122)를 통하여 전류가 유입되어 방전이 이루어진다.
제1 전류 경로(130)는 배터리 접속 단자(110)의 음극 단자(112)와 연결되는 제1 노드(N1)와 외부 연결 단자(120)의 음극 단자(122)와 연결되는 제2 노드(N2) 사이에서 충전/방전 경로로 사용되는 대전류 경로이다. 제1 전류 경로(130)를 통해 비교적 큰 전류가 흐른다.
제1 전류 경로(130)에는 충전 전류 및 방전 전류의 흐름을 제어하기 위한 방전 제어 스위치(SW1) 및 충전 제어 스위치(SW2)가 형성되어 있다. 방전 제어 스위치(SW1) 및 충전 제어 스위치(SW2)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 직렬 연결되도록 형성된다. 방전 제어 스위치(SW1) 및 충전 제어 스위치(SW2)는 제어IC(150)로부터 인가되는 충전 제어 신호 및 방전 제어 신호에 따라서 온/오프 동작이 제어된다.
방전 제어 스위치(SW1)와 충전 제어 스위치(SW2) 각각은 FET와 기생 다이오드로 이루어진다. 즉, 방전 제어 스위치(SW1)는 FET1과 D1으로 이루어지며, 충전 제어 스위치(SW2)는 FET2와 D2로 이루어진다. 방전 제어 스위치(SW1)의 전계효과 트랜지스터(FET1)의 소스와 드레인 사이의 접속방향은 충전 제어 스위치(SW2)의 전계 효과 트랜지스터(FET2)와는 반대방향으로 설정한다. 이러한 구성으로 방전 제어 스위치(SW1)의 전계 효과 트랜지스터(FET1)는 외부 연결 단자(120)로부터 배터리 셀(200)로의 전류 흐름을 제한하도록 접속되는 한편, 충전 제어 스위치(SW2)의 전계 효과 트랜지스터(FET2)는 배터리 셀(200)로부터 외부 연결 단자(120)로의 전류 흐름을 제한하도록 접속된다. 여기서, 방전 제어 스위치(SW1) 및 충전 제어 스위치(SW2)의 전계 효과 트랜지스터(FET1, FET2)는 스위칭 소자이며, 본 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않고 다른 종류의 스위칭 기능을 수행하는 전기소자가 사용될 수 있다. 또한, 방전 제어 스위치(SW1) 및 충전 제어 스위치(SW2)에 포함된 기생 다이오드(D1,D2)는 전류가 제한되는 방향에 반대방향으로 전류가 흐르도록 구성한다.
제2 전류 경로(140)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 제1 전류 경로(130)와 병렬로 연결되어, 충전/방전 경로로 사용되는 대전류 경로이다. 배터리 셀(200)이 정상 상태일 때에는, 제2 전류 경로(140)를 통해 제1 전류 경로(130)에 흐르는 전류보다 더 큰 전류가 흐른다. 제2 전류 경로(140)는 충전 및 방전 경로상의 임피던스를 저감하기 위한 전류 경로로서, 제1 전류 경로(130)에 비하여 작은 저항값을 갖는다.
제2 전류 경로(140)에는 제2 전류 경로(140)에 흐르는 전류량에 따라서 전류의 흐름을 제어하는 제1 전류 차단부(141)가 형성된다. 제2 전류 경로(140)는 배터리 셀(200)이 정상 상태일 때, 충전 전류 또는 방전 전류를 흐르는 것을 목적으로 하며, 과전류가 흐르는 등 배터리 셀(200)에 이상 상황이 발생한 경우에는 전류가 흐르는 것을 차단한다. 따라서 제1 전류 차단부(141)는 흐르는 전류량이 커지면 전류의 흐름을 차단하기 위한 퓨즈를 포함할 수 있다. 또는 제1 전류 차단부(141)는 흐르는 전류량이 커지는 경우 저항값을 증가시켜 전류의 흐름을 제한할 수 있는 PTC 써미스터를 포함할 수 있다. 본 실시예에 있어서 상기 퓨즈 및 PTC 써미스터는 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니며, 전류량이 증가할 때 제2 전류 경로(140) 상에 흐르는 전류의 흐름을 차단할 수 있는 소자나 장치가 사용될 수 있을 것이다.
제어IC(150)는 보호회로(100) 전체의 동작을 제어하며, 배터리 셀(200)의 충전 및 방전을 위한 전반적인 제어를 수행한다. 제어IC(150)는 배터리 셀(200)의 충전/방전 상태, 배터리 팩(1) 내부의 전류 흐름 상태 등을 감지하고, 감지 결과에 따라서 충전 제어 신호, 방전 제어 신호 등을 생성한다. 제어IC(150)는 생성한 충전 제어 신호 및 방전 제어 신호를 각각 충전 신호 단자(CHG), 방전 신호 단자(DCG)를 통하여 외부로 출력한다. 제어IC(150)는 Vcc 단자를 통하여 전원 전압을 인가받으며, GND 단자를 통하여 그라운드 전압을 인가받는다. 또한 제어IC(150)는 IDT 단자를 통하여 보호회로(100) 내에 과전류가 흐르는지 여부를 감지한다.
제어IC(150)는 배터리 셀(200)에 이상 상황이 발생한 것을 감지한 경우, 제2 전류 경로(140)에 흐르는 전류를 차단하여 더 이상 전류가 흐르지 않도록 제어한다. 전류를 차단하는 구체적인 동작에 대하여는 도 2 내지 도 6에서 자세히 설명하도록 한다.
쇼트 제어부(160)는 배터리 셀(200)에 이상 상황이 발생한 경우, 쇼트 회로를 형성하여 제2 전류 경로(140)에 흐르는 전류량을 증가시키는 회로이다. 상기 쇼트 회로와 제3 전류 경로를 혼용하도록 한다. 쇼트 제어부(160)는 배터리 접속 단자(110)의 양극 단자(111)와 상기 제2 노드(N2) 사이에 형성된다. 쇼트 제어부(160)는 쇼트 제어 스위치(SW3), 스위칭 제어부(161) 및 제2 전류 차단부(162)를 포함한다.
쇼트 제어 스위치(SW3)는 스위칭 소자로서, 제3 전류 경로 상의 전류 흐름을 제어한다.
스위칭 제어부(161)는 제어IC(150)로부터의 제어 신호를 입력 단자 IN1 및 IN2로 인가받고 OUT 단자를 통하여 쇼트 제어 스위치(SW3)의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다. 스위칭 제어부(161)는 배터리 셀(200)에 이상 상황이 발생한 경우 쇼트 제어 스위치(SW3)가 온 되도록 동작한다. 또한 스위칭 제어부(161)는 제어IC(150)에서 생성된 제어 신호들 중에서 충전 제어 신호 및 방전 제어 신호를 사용하여 쇼트 제어 스위치(SW3)의 스위칭 동작을 제어할 수 있을 것이다. 예를 들어, 방전 제어 스위치(SW1) 및 충전 제어 스위치(SW2)가 NMOS 트랜지스터인 경우, 배터리 셀(200)이 정상 상태일 때에는 방전 제어 신호와 충전 제어 신호로서 각각 하이 레벨의 신호가 출력된다. 그리고 배터리 셀(200)이 정상 상태일 때에는 쇼트 제어 스위치(SW3)가 오프 상태이어야 한다. 반대로 배터리 셀(200)에 이상 상황이 발생한 경우에는 방전 제어 신호 또는 충전 제어 신호 중 어느 하나는 로우 레벨의 신호가 출력되어야 하며, 나머지 하나는 하이 레벨의 신호가 출력되어야 한다. 그리고 배터리 셀(200)에 이상 상황이 발생한 경우에는 쇼트 제어 스위치(SW3)가 온 상태이어야 한다. 따라서 이러한 조건을 만족시키기 위하여 쇼트 제어 스위치(SW3)는 PMOS 트랜지스터로 하고, 스위칭 제어부(161)로는 AND GATE 논리 소자를 사용할 수 있다. 이는 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변경 가능할 것이다. 예를 들어, 방전 제어 스위치(SW1), 충전 제어 스위치(SW2), 및 쇼트 제어 스위치(SW3)가 모두 NMOS 트랜지스터이고, 스위칭 제어부(161)로 NAND GATE 논리 소자가 사용될 수도 있을 것이다.
제2 전류 차단부(162)는 제3 전류 경로에 흐르는 전류량에 따라서 전류의 흐름을 제어한다. 제3 전류 경로는 배터리 셀(200)에 이상 상황이 발생한 경우에 일시적으로 전류가 흐르도록 하고, 일정시간이 경과한 후에는 다시 전류가 흐르는 것을 차단한다. 따라서 제2 전류 차단부(162)는 흐르는 전류량이 커지면 전류의 흐름을 차단하기 위한 퓨즈를 포함할 수 있다. 또는 제2 전류 차단부(162)는 흐르는 전류량이 커지는 경우 저항값을 증가시켜 전류의 흐름을 제한할 수 있는 PTC 써미스터를 포함할 수 있다. 본 실시예에 있어서 제2 전류 경로(140)에서 전류의 흐름이 차단된 이후에 제3 전류 경로에서의 전류의 흐름이 차단되어야 한다. 따라서 제1 전류 차단부(141)에 포함된 퓨즈가 제2 전류 차단부(162)에 포함된 퓨즈에 비하여 먼저 개방되도록 하여야 한다. 즉, 제1 전류 차단부(141)에 포함된 퓨즈의 정격 전류가 제2 전류 차단부(162)에 포함된 퓨즈의 정격 전류에 비하여 작아야 할 것이다. 또는 제1 전류 차단부(141)에 포함된 PTC 써미스터의 큐리 온도가 제2 전류 차단부(162)에 포함된 PTC 써미스터의 큐리 온도에 비하여 낮도록 하여야 할 것이다.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여, 본 실시예에 따른 배터리 보호회로(100)의 동작에 대하여 살펴보도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 제어방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3은 내지 도 6은 도 1의 배터리 팩(1)의 동작을 나타내는 도면이다. 본 실시예에서는 설명을 위하여 보호회로(100)에 포함된 방전 제어 스위치(SW1) 및 충전 제어 스위치(SW2)는 NMOS 트랜지스터라고 가정하고, 쇼트 제어 스위치(SW3)는 PMOS 트랜지스터라고 가정한다. 또한, 스위칭 제어부(161)는 AND GATE 논리 소자라고 가정한다.
도 2를 참조하면, 배터리 팩(1)에 충전기 또는 외부 기기가 연결되면 배터리 셀(200)에 의한 충전 또는 방전이 개시된다(S1).
충전 전류 또는 방전 전류가 흐르게 하기 위하여 제어IC(150)는 방전 제어 스위치(SW1) 및 충전 제어 스위치(SW2)를 온 상태로 한다(S2). 또한 제2 전류 경로(140)에서는 제1 전류 차단부(141)가 동작하기 이전이므로 제1 전류 경로(130) 및 제2 전류 경로(140)를 통하여 동시에 충전 전류 또는 방전 전류가 흐른다(S3).
도 3을 참조하면, 충전시 충전기와 연결된 외부 연결 단자(120)의 양극 단자(121)로부터 충전 전류 Iin이 유입된다. 유입된 충전 전류는 배터리 셀(200)의 양극으로 인가되고, 다시 배터리 셀(200)의 음극으로부터 배터리 접속 단자(110)의 음극 단자(112)로 흐르게 된다. 배터리 접속 단자(110)의 음극 단자(112)로 유입된 전류는 제1 전류 경로(130) 상의 제1 전류(I1)와 제2 전류 경로(140) 상의 제2 전류(I2)로 나뉘어 흐르게 되며, 최종적으로 외부 연결 단자(120)의 음극 단자(122)를 통하여 전류 Iout이 외부로 나가게 된다.
종래에 형성되어 있는 제1 전류 경로(130) 상에는 방전 제어 스위치(SW1) 및 충전 제어 스위치(SW2)가 형성되는데, 이들 방전 제어 스위치(SW1) 및 충전 제어 스위치(SW2)는 온 상태에서도 각각 약 20mΩ의 저항값을 갖는다. 방전 제어 스위치(SW1) 및 충전 제어 스위치(SW2)는 직렬 연결되어 있으므로, 충전 또는 방전시 약 40mΩ의 저항에 의한 전압강하가 발생한다. 그러나 본 실시예의 경우 저항값이 매우 낮은 제2 전류 경로(140)가 병렬로 형성되어 전체 저항값을 낮출 수 있다. 예를 들어, 제2 전류 경로(140)의 저항값이 약 8mΩ이라고 가정한 경우, 40mΩ 저항과 8mΩ 저항의 병렬 연결에 의한 6.7mΩ의 합성 저항을 갖게 된다. 따라서 충전 또는 방전시 발생하는 전압강하를 감소시킬 수 있어 충전 및 방전 효율을 높일 수 있다.
즉, 정상 상태에서는 도 3과 같은 전류의 흐름으로 충전 또는 방전이 수행된다.
한편, 배터리 셀(200)의 이상 상황을 계속해서 감시하고(S4), 이상 상황이 발생하지 않는 경우에는 충전 또는 방전 동작이 완료 여부에 따라서 다음 동작을 결정한다(S5).
반면에 S4 단계에서 이상 상황이 발생하였다고 판단한 경우, 방전 제어 스위치(SW1) 또는 충전 제어 스위치(SW2) 중 적어도 어느 하나를 오프 시킨다(S6). 그리고 방전 제어 신호 또는 충전 제어 신호 중 어느 하나의 변화에 따라서 스위칭 제어부(161)의 출력 신호도 변하여 쇼트 제어 스위치(SW3)를 온 시킨다. 이로 인하여 제3 전류 경로(170)가 단락 상태가 된다.
도 4를 참조하면, 충전 동작 중, 이상 상황이 발생한 경우, 충전 제어 신호를 하이 레벨 신호에서 로우 레벨 신호로 변경하여 충전 제어 스위치(SW2)를 오프시킨다. 충전 제어 스위치(SW2)가 오프 상태가 되면 제1 노드(N1)로부터 제2 노드(N2)로의 전류 흐름은 차단된다.
충전 제어 신호가 로우 레벨로 변경되었으므로 AND GATE 논리 소자인 스위칭 제어부(161)는 로우 레벨의 신호를 출력하게 되며, 이로 인하여 쇼트 제어 스위치(SW3)가 온 상태가 된다.
즉, 배터리 셀(200)의 양극, 제3 전류 경로(170), 제1 전류 경로(130)와 제2 전류 경로(140)로 이루어지는 루프가 형성된다. 이때, 배터리 셀(200)의 양극으로부터 전류가 공급되어 제3 전류 경로(170)를 통하여 제2 노드(N2)에 공급된다. 제2 노드(N2)에 공급된 전류는 제1 전류 경로(130) 및 제2 전류 경로(140)를 통하여 배터리 셀(200)의 음극으로 흘러나간다. 이는 일종의 쇼트 회로가 된다.
도 4와 같은 쇼트 회로에 의하여 제2 전류 경로(140) 및 제3 전류 경로(170)에 흐르는 전류의 양이 증가하게 되면, 온도가 상승하고, 이로 인하여 제1 전류 차단부(141)가 동작하게 된다(S8). 예를 들면, 퓨즈가 끊어져 개방 상태가 되거나 PTC 써미스터가 큐리 온도 이상으로 올라가 저항값이 급격히 증가한다.
도 5를 참조하면, 상기 언급한 쇼트 회로에서 제1 전류 차단부(141)가 동작하여 전류의 흐름을 차단하게 되며, 이로 인하여 전류는 제1 전류 경로(130)를 통하여만 흐르게 된다.
제1 전류 차단부(141)의 동작에 의하여 제2 전류 경로(140)를 통한 전류의 흐름이 차단되어도 제3 경로(170) 및 제1 경로(130)를 통한 쇼트 회로는 유지된다. 따라서 전류량의 증가에 따라서 제2 전류 차단부(162)도 동작을 하게 된다(S9). 제 전류 차단부(141)와 마찬가지로 퓨즈가 끊어져 개방 상태가 되거나 PTC 써미스터가 큐리 온도 이상으로 올라가 저항값이 급격히 증가한다.
도 6을 참조하면, 제1 전류 차단부(141) 및 제2 전류 차단부(162)의 동작에 의하여 보호회로(100) 내부에 일시적으로 형성되었던 루프는 끊어져 더 이상 쇼트 회로로서 동작하지 않게 된다. 또한 외부 연결 단자(120)를 통하여 충전기가 접속되어 있는 경우라도, 충전 제어 스위치(SW2)가 오프 상태가 되어 제1 노드(N1)로부터 제2 노드(N2)로의 전류 흐름이 제한되므로, 충전이 이루어지지 않게 된다.
배터리 셀(200)이 정상 상태로 돌아온 후에는 제1 전류 경로(130)에 의한 충전 또는 방전이 이루어지며, 충전 또는 방전이 완료되면 동작을 종료한다(S10). 즉, 이상 상황이 발생하기 이전에는 제1 전류 경로(130) 및 제2 전류 경로(140)를 동시에 사용하여 충전 또는 방전을 수행하게 된다. 또한 이상 상황이 한번 발생한 이후에는 종래와 같이 제1 전류 경로(130)만을 사용하여 충전 또는 방전을 수행한다.
상기와 같이, 본 실시예에 따른 배터리 보호회로(100)는 충전 또는 방전시 전류가 흐르는 경로의 임피던스를 감소시켜 충전 또는 방전의 효율을 높일 수 있다.
이상에서 언급된 본 실시예 및 그 변형예들에 따른 제어방법을 배터리 보호회로(100) 및 배터리 팩(1)에서 실행시키기 위한 프로그램은 기록매체에 저장될 수 있다. 여기서 기록매체라 함은 예컨대 프로세서가 읽을 수 있는 매체로서 반도체 기록매체(예컨대, Flash memory)를 사용할 수 있다. 상기 매체는 프로세서에 의해 판독 가능하며, 상기 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1 배터리 팩 100 배터리 보호회로
110 배터리 접속 단자 120 외부 연결 단자
130 제1 전류 경로 140 제2 전류 경로
141 제1 전류 차단부 150 제어IC
160 쇼트 제어부 161 스위칭 제어부
162 제2 전류 차단부 200 배터리 셀
210 베어 셀 SW1 방전 제어 스위치
SW2 충전 제어 스위치 SW3 쇼트 제어 스위치

Claims (13)

  1. 직렬 연결되는 충전 제어 스위치 및 방전 제어 스위치를 구비하며, 배터리 셀의 일 전극과 연결되는 제1 노드와 외부 장치와 연결되는 제2 노드 사이에 연결되는 제1 전류 경로;
    상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 상기 제1 전류 경로와 병렬로 연결되며, 상기 제1 전류 경로보다 작은 저항값을 갖는 제2 전류 경로로서, 상기 제2 전류 경로에 흐르는 전류량에 따라서 전류를 차단하는 제1 전류 차단부를 구비하는 상기 제2 전류 경로; 및
    상기 제1 전류 차단부가 상기 제2 전류 경로에서의 전류 흐름을 차단하도록 동작하는 제어IC;를 포함하는 배터리 보호회로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 타 전극과 연결되는 제3 노드와 상기 제2 노드를 쇼트시키기 위한 쇼트 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 쇼트 제어부는,
    상기 제3 노드와 상기 제2 노드 사이에 흐르는 전류량에 따라서 전류의 차단을 제어하는 제2 전류 차단부;
    상기 제3 노드와 상기 제2 노드 사이의 전류 흐름을 제어하는 쇼트 제어 스위치; 및
    상기 제어IC로부터의 제어 신호에 따라서 상기 쇼트 제어 스위치의 동작을 제어하는 스위칭 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전류 차단부 및 상기 제2 전류 차단부는 퓨즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전류 차단부에 포함된 퓨즈가 상기 제2 전류 차단부에 포함된 퓨즈보다 먼저 개방되는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전류 차단부 및 상기 제2 전류 차단부는 PTC 써미스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전류 차단부에 포함된 PTC 써미스터의 큐리 온도가 상기 제2 전류 차단부에 포함된 PTC 써미스터의 큐리 온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 충전 제어 스위치 및 상기 방전 제어 스위치의 동작을 제어하는 신호를 사용하여 상기 쇼트 제어 스위치의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
  10. 배터리 셀의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 보호회로의 제어방법으로서,
    충전 제어 스위치 및 방전 제어 스위치를 포함하는 제1 전류 경로, 및 상기 제1 전류 경로와 병렬 연결되며 상기 제1 전류 경로보다 낮은 저항값을 갖는 제2 전류 경로에 동시에 충전 전류 또는 방전 전류를 흐르게 하는 배터리 보호회로의 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 셀에 이상 상황이 발생할 때, 상기 제2 전류 경로를 개방시켜 상기 제2 전류 경로에 흐르는 전류를 차단시키는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 전류 경로의 개방은,
    상기 배터리 셀의 양극, 상기 배터리 셀의 이상 상황 발생시 전류를 통과시키며 상기 제1 전류 경로와 상기 제2 전류 경로가 연결된 일 단자와 상기 배터리 셀의 양극 사이에 연결된 제3 전류 경로, 및 상기 제1 전류 경로와 상기 제2 전류 경로로 이루어진 루프를 통하여 전류를 흐르게 하고,
    상기 제2 전류 경로에 흐르는 전류량에 따라서 상기 제2 전류 경로를 개방하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로의 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 전류 경로가 개방된 이후,
    상기 배터리 셀의 양극, 상기 제3 전류 경로, 및 상기 제1 전류 경로로 이루어진 루프를 통하여 전류를 흐르게 하고,
    상기 제3 전류 경로에 흐르는 전류량에 따라서 상기 제3 전류 경로를 개방하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로의 제어방법.
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