KR101146694B1 - Battery Protecting Circuit Capable of Self-Monitoring for Fuse Damage, Battery Pack, and Method for Classifying Batter Assemble including Damaged Fuse - Google Patents

Battery Protecting Circuit Capable of Self-Monitoring for Fuse Damage, Battery Pack, and Method for Classifying Batter Assemble including Damaged Fuse Download PDF

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KR101146694B1 KR1020100135682A KR20100135682A KR101146694B1 KR 101146694 B1 KR101146694 B1 KR 101146694B1 KR 1020100135682 A KR1020100135682 A KR 1020100135682A KR 20100135682 A KR20100135682 A KR 20100135682A KR 101146694 B1 KR101146694 B1 KR 101146694B1
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Abstract

본 발명은 퓨즈 불량의 자체 모니터링이 가능한 2차 전지 보호회로, 이를 이용한 배터리 팩, 및 불량 퓨즈가 포함된 전지 조립체 의 분류 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 2차 전지 보호회로는 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 회로 경로 상에 접속된 퓨즈 및 센스 저장; 및 상기 퓨즈의 양단 전압과 상기 센스 저항을 통하여 흐르는 전류를 센싱하여 퓨즈 저항을 계산하고 레퍼런스 저항과 대비하여 그 차이가 기준을 벗어난 경우 불량 발생 신호를 외부로 출력하는 마이크로컨트롤러를 포함하여 퓨즈 불량의 자체 모니터링이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전지 조립 과정에서 여러 가지 원인으로 유발된 퓨즈의 불량을 2차 전지 보호회로가 자체적으로 모니터링할 수 있으므로 2차 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 별도의 검사 장비나 별도의 검사 공정을 진행하지 않더라도 2차 전지 보호회로 내에서 퓨즈 불량을 실시간으로 모니터링할 수 있으므로 제조 원가 상승이나 생산성 저하를 방지할 수 있다.The present invention provides a secondary battery protection circuit capable of self-monitoring a fuse failure, a battery pack using the same, and a method of classifying a battery assembly including a defective fuse. The secondary battery protection circuit according to the present invention includes a fuse and sense storage connected on a circuit path through which a charge current or a discharge current flows; And a microcontroller which senses the fuse resistance by sensing the voltage across the fuse and the current flowing through the sense resistor and outputs a failure signal to the outside when the difference is out of the standard compared to the reference resistor. The self-monitoring is possible.
According to the present invention, since the secondary battery protection circuit can monitor the failure of the fuse caused by various causes in the battery assembly process by itself, it is possible to improve the reliability of the secondary battery. In addition, it is possible to monitor the failure of the fuse in real time in the secondary battery protection circuit even without a separate inspection equipment or a separate inspection process it is possible to prevent the increase in manufacturing cost or productivity.

Description

퓨즈 불량의 자체 모니터링이 가능한 2차 전지 보호회로, 이를 이용한 배터리 팩, 및 불량 퓨즈가 포함된 전지 조립체 분류 방법{Battery Protecting Circuit Capable of Self-Monitoring for Fuse Damage, Battery Pack, and Method for Classifying Batter Assemble including Damaged Fuse}Battery Protection Circuit Capable of Self-Monitoring for Fuse Damage, Battery Pack, and Method for Classifying Batter Assemble including Damaged Fuse}

본 발명은 2차 전지 보호회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 퓨즈 불량의 자체 모니터링이 가능한 2차 전지 보호회로와 이를 이용한 배터리 팩 그리고 불량 퓨즈가 포함된 전지 조립체를 자동 분류하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery protection circuit, and more particularly, to a secondary battery protection circuit capable of self-monitoring a fuse failure, a battery pack using the same and a method for automatically classifying a battery assembly including a defective fuse.

일반적으로, 2차 전지의 보호회로에는 과충전, 과방전, 단락, 과전류 등의 이상 상태가 발생되었을 경우 2차 전지를 보호하기 위해 고전압 경로를 비가역적으로 단선시켜 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈가 포함되어 있다.In general, the protection circuit of the secondary battery includes a fuse that blocks the flow of current by irreversibly disconnecting the high voltage path to protect the secondary battery when an abnormal condition such as overcharge, overdischarge, short circuit, or overcurrent occurs. It is.

도 1은 이러한 2차 전지 보호회로의 구성을 개략적으로 도시한 회로도이다. 1 is a circuit diagram schematically showing the configuration of such a secondary battery protection circuit.

도 1을 참조하면, 2차 전지 보호회로(10)는 적어도 하나 이상의 전지 셀(30)로 이루어진 셀 집합체(20)와, 전지 셀 집합체(20)의 고전위 단자(BAT+) 및 저전위 단자(BAT-)와, 충전장치 또는 부하가 연결되는 고전압 출력단(PACK+) 및 저전압 출력단(PACK-)과, 각 셀(30)의 전압과 셀 집합체(20)의 총 전압을 센싱하기 위한 센싱 와이어(40)와, 고전압 라인(BAT+ ↔ PACK+)에 직렬 연결되어 과충전 또는 과방전 여부에 따라 충전 전류 및 방전 전류를 각각 차단하는 충전 제어 스위치(50) 및 방전제어 스위치(60)와, 보호회로(10)에 흐르는 전류를 센싱하기 위해 저전압 라인(BAT- ↔ PACK-)에 직렬 연결된 센스 저항(70)과, 센스 저항(70)을 통해 센싱된 전류가 한계 이상의 과전류인 경우 또는 센싱 와이어(40)를 통해 센싱된 개별 셀(30) 또는 셀 집합체(20)의 총 전압이 한계 이상의 과전압(과충전) 또는 저전압(과방전)인 경우 고전압 라인(BAT+ ↔ PACK+)을 비가역적으로 단선시키는 퓨즈(80)와, 상기 퓨즈(80)를 작동시키기 위한 전류의 흐름을 선택적으로 개폐하는 퓨즈 제어 스위치(90)와, 개별 셀(30) 전압, 셀 집합체(20)의 총 전압 그리고 센스 저항(70)을 통해 흐르는 전류값을 센싱하여 과충전, 과방전 또는 과전류 등의 이상 상태가 검지되면 각 스위치(50, 60, 90)의 온/오프 동작을 제어하여 전지 또는 외부 부하의 소손을 방지하는 마이크로컨트롤러(100);를 포함한다.Referring to FIG. 1, the secondary battery protection circuit 10 includes a cell assembly 20 including at least one battery cell 30, a high potential terminal BAT + and a low potential terminal of the battery cell assembly 20. BAT-), a high voltage output terminal PACK + and a low voltage output terminal PACK- to which a charging device or a load is connected, and a sensing wire 40 for sensing the voltage of each cell 30 and the total voltage of the cell aggregate 20. ), A charge control switch 50 and a discharge control switch 60 which are connected in series to a high voltage line (BAT + ↔ PACK +) to cut off the charging current and the discharge current according to whether overcharge or overdischarge, respectively, and the protection circuit 10 The sense resistor 70 connected in series to the low voltage line (BAT- ↔ PACK-) and sensed current through the sense resistor 70 in order to sense the current flowing in the overcurrent or the overcurrent or through the sensing wire 40 The total voltage of the sensed individual cells 30 or cell aggregates 20 exceeds the overvoltage (and A fuse 80 for irreversibly disconnecting the high voltage line BAT + ↔ PACK + in case of charging) or a low voltage (overdischarge), and a fuse control switch for selectively opening and closing a flow of current for operating the fuse 80; 90, the respective cell 30, the total voltage of the cell assembly 20, and the current flowing through the sense resistor 70 are sensed to detect an abnormal state such as overcharge, overdischarge, or overcurrent. It includes; microcontroller 100 to control the on / off operation of, 60, 90 to prevent burnout of the battery or external load.

상기 충전 제어 스위치(50), 방전 제어 스위치(60) 및 퓨즈 제어 스위치(90)는 내부에 기생 다이오드가 포함되어 있는 전계효과트랜지스터(Fied Effect Transistor)에 의해 구현되며, 각 스위치(50, 60, 90)의 구동 신호는 마이크로컨트롤러(100)로부터 출력된다. The charge control switch 50, the discharge control switch 60 and the fuse control switch 90 is implemented by a field effect transistor (Fied Effect Transistor) that includes a parasitic diode therein, each switch 50, 60, The drive signal of 90 is output from the microcontroller 100.

상기 마이크로컨트롤러(100)는 충전이 진행될 때 개별 셀(30) 전압 또는 셀 집합체(20)의 총 전압이 과도하게 상승하여 과충전 상태가 되면 충전 제어 스위치(50)를 턴 오프하여 충전 전류를 차단하고, 방전이 진행될 때 개별 셀(30) 전압 또는 셀 집합체(20)의 총 전압이 과도하게 저하되어 과방전 상태가 되면 방전 제어 스위치(60)를 턴 오프하여 방전 전류를 차단한다. 이에 따라 2차 전지의 과충전 또는 과방전이 방지된다. The microcontroller 100 turns off the charging control switch 50 to turn off the charging current when the voltage of the individual cell 30 or the total voltage of the cell assembly 20 excessively rises to overcharge when charging is performed. When the discharge is in progress, when the voltage of the individual cell 30 or the total voltage of the cell assembly 20 is excessively lowered and becomes an overdischarge state, the discharge control switch 60 is turned off to block the discharge current. This prevents overcharging or overdischarging of the secondary battery.

상기 퓨즈(80)는 3단자 소자 부품으로 2개의 단자는 고전압 라인(BAT+ ↔ PACK+) 측에, 1개의 단자는 퓨즈 제어 스위치(90)와 접속된다. 그리고 내부에는 고전압 라인(BAT+ ↔ PACK+)에 직렬 연결된 융단 소자(110)와, 주울열을 발생시켜 융단 소자(100)를 융단하는 히터 소자(120)를 포함한다.The fuse 80 is a three-terminal device component, two terminals of which are connected to the high voltage line BAT + ↔ PACK +, and one terminal of which is connected to the fuse control switch 90. The inside includes a ruged element 110 connected in series to a high voltage line BAT + ↔ PACK +, and a heater element 120 that melts the rugged element 100 by generating Joule heat.

상기 마이크로컨트롤러(100)는 한계 이상의 과충전, 과방전 또는 과전류가 검지되면 퓨즈 제어 스위치(90)를 턴 온시킨다. 그러면 퓨즈(80)의 히터 소자(120)로 전류가 인가된다. 이에 따라, 히터 소자(120)로부터 주울열이 발생되어 융단 소자(110)로 전도되고, 그 결과 융단 소자(110)가 융단됨으로써 고전압 라인(BAT+ ↔PACK+)이 비가역적으로 단선된다.The microcontroller 100 turns on the fuse control switch 90 when overcharge, overdischarge, or overcurrent is detected. Then, a current is applied to the heater element 120 of the fuse 80. Accordingly, Joule heat is generated from the heater element 120 to be conducted to the fusion element 110, and as a result, the fusion element 110 is fused, thereby irreversibly disconnecting the high voltage line BAT + ↔ PACK +.

상기 퓨즈(80)는 충전 제어 스위치(50) 또는 방전 제어 스위치(60)의 소손으로 충방전 제어가 원활하게 이루어지지 못하여 개별 셀(30) 또는 셀 집합체(20)가 한계 이상으로 과충전 또는 과방전 되는 경우, 부하측 또는 보호회로 내에서 단락이 유발되어 과전류가 흐르는 경우, 개별 셀(30)이 소손되어 갑자기 충전 전압이 상승하거나 하강 하는 등의 이상 상황이 발생되면 고전압 라인(BAT+ ↔ PACK+)을 비가역적으로 단선시켜 2차 전지의 폭발, 전지 셀(30)의 영구적 손상, 2차 전지에 연결되는 부하의 파손 등을 방지하는 중요한 전지 부품이다.The fuse 80 is not charged or discharged smoothly due to the burnout of the charge control switch 50 or the discharge control switch 60, so that the individual cell 30 or the cell assembly 20 is overcharged or overdischarged beyond the limit. If an overcurrent flows due to a short circuit in the load side or the protection circuit, if an abnormal situation such as a sudden increase or decrease of the charge voltage occurs due to the damage of the individual cells 30, the high voltage line (BAT + ↔ PACK +) It is an important battery component that reversely disconnects to prevent the explosion of the secondary battery, permanent damage of the battery cell 30, breakage of the load connected to the secondary battery.

한편 2차 전지 보호회로(10)는 PCB(Printed Circuit Board) 모듈 형태로 제작되므로, 퓨즈(80)는 솔더링 공정을 통해 PCB 기판에 실장된다. 솔더링 공정이 진행될 때에는 340 ~ 370 도의 고열이 발생된다. 따라서 솔더링 시간이 정밀하게 제어되지 못하거나 작업자의 실수 등으로 인해 퓨즈(80)로 고열이 인가되면 퓨즈(80)의 저항 특성이 열화될 수 있다. 뿐만 아니라 2차 전지 보호회로(10)와 셀 집합체(20)를 솔더링하여 조립할 때 발생되는 열, 조립 과정에서 가해지는 기계적인 외력, 작업 환경에서 발생되는 정전기 등의 원인에 의해 퓨즈(80)의 저항 특성이 열화될 수도 있다.Meanwhile, since the secondary battery protection circuit 10 is manufactured in the form of a printed circuit board (PCB) module, the fuse 80 is mounted on the PCB substrate through a soldering process. When the soldering process proceeds, high heat of 340 to 370 degrees is generated. Therefore, if the soldering time is not precisely controlled or if high heat is applied to the fuse 80 due to an operator's mistake, the resistance characteristics of the fuse 80 may be deteriorated. In addition, due to the heat generated when soldering and assembling the secondary battery protection circuit 10 and the cell assembly 20, a mechanical external force applied during the assembly process, and static electricity generated in a working environment, The resistance characteristic may deteriorate.

그런데 상술한 여러 가지 원인으로 퓨즈(80)의 저항 특성이 열화되면, 고전압 라인(BAT+ ~ PACK+)에 접속된 퓨즈(80)의 양단 저항이 기준 범위를 벗어남으로써 소망하는 퓨즈(80)의 성능이 제대로 발휘되지 않게 되며, 그 결과 2차 전지 보호회로(10)가 포함된 배터리 팩의 신뢰성이 저하되는 문제가 유발된다.However, when the resistance characteristics of the fuse 80 are deteriorated due to the above-described causes, the resistance of both ends of the fuse 80 connected to the high voltage lines BAT + to PACK + is out of the reference range, so that the performance of the desired fuse 80 may be reduced. It is not properly exhibited, and as a result, a problem that the reliability of the battery pack including the secondary battery protection circuit 10 is degraded is caused.

위와 같은 문제를 해결하기 위해서는, PCB 모듈로 제조된 2차 전지 보호회로(10)와 셀 집합체(20)을 조립하는 과정에서 별도의 검사 장비를 도입하여 조립 공정이 완료될 때까지 퓨즈(80)의 양단 저항을 지속적으로 모니터링해야만 한다. 하지만 이러한 경우 전지 조립 시간이 증가되어 생산성이 저하되고, 별도의 검사 장비를 구입하여 운용해야 하므로 생산 원가가 증대되는 문제가 발생하게 된다. In order to solve the above problems, in the process of assembling the secondary battery protection circuit 10 and the cell assembly 20 made of a PCB module, a separate inspection equipment is introduced to the fuse 80 until the assembly process is completed. The resistance across both ends must be monitored continuously. However, in this case, the battery assembly time is increased, the productivity is lowered, and a separate inspection equipment has to be purchased and operated, resulting in an increase in production cost.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 별도의 검사 장비를 운용하지 않더라도 2차 전지 보호회로와 전지 셀이 조립되는 과정에서 2차 전지 보호회로 내에 포함된 퓨즈의 저항 특성을 자체적으로 실시간 모니터링할 수 있는 2차 전지 보호회로, 이 보호회로를 이용한 배터리 팩 및 불량 퓨즈가 포함된 전지 조립체의 분류 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the problems of the prior art as described above, and the resistance of the fuse included in the secondary battery protection circuit in the process of assembling the secondary battery protection circuit and the battery cell even without a separate test equipment. It is an object of the present invention to provide a method for classifying a battery assembly including a secondary battery protection circuit capable of real-time monitoring of its own characteristics, a battery pack and a bad fuse using the protection circuit.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 퓨즈 불량의 자체 모니터링이 가능한 2차 전지 보호회로는, 충전 전류 또는 방전전류가 흐르는 회로 경로 상에 접속된 퓨즈 및 센스 저항; 그리고 상기 퓨즈의 양단 전압과 상기 센스 저항을 통하여 흐르는 전류를 센싱하여 퓨즈 저항을 계산하고 레퍼런스 저항과 대비하여 그 차이가 기준을 벗어난 경우 불량 발생 신호를 외부로 출력하는 마이크로컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The secondary battery protection circuit capable of self-monitoring the fuse failure according to the present invention for achieving the above technical problem, the fuse and sense resistor connected on the circuit path through which the charge current or discharge current flows; And a microcontroller configured to sense the fuse resistance by sensing the voltage across the fuse and the current flowing through the sense resistor, and output a failure signal to the outside when the difference is out of the reference value compared to the reference resistor. It is done.

바람직하게, 상기 마이크로컨트롤러와 외부의 전지 조립 제어 시스템을 상호 접속하는 통신 라인을 더 포함하고, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 통신 라인을 통해 불량 발생 신호를 출력한다.Preferably, the apparatus further includes a communication line interconnecting the microcontroller and an external battery assembly control system, wherein the microcontroller outputs a failure occurrence signal through the communication line.

바람직하게, 본 발명에 따른 2차 전지 보호회로는 상기 충전 전류 또는 방전 전류를 선택적으로 개폐하는 충방전 제어 스위치; 및 상기 퓨즈로 인가되는 동작 전류를 선택적으로 개폐하는 퓨즈 제어 스위치;를 더 포함한다. 그리고 상기 마이크로컨트롤러는 전지 셀의 전압을 센싱하여 셀의 상태가 과충전 또는 과방전 상태인 경우 상기 충방전 제어 스위치를 제어하여 충전전류 또는 방전전류를 차단하고, 전지 셀의 상태가 한계 이상의 과충전 또는 과방전 상태이거나 상기 센스 저항을 통하여 흐르는 전류가 한계 이상의 과전류인 경우 상기 퓨즈 제어 스위치를 제어하여 퓨즈를 융단시킨다.Preferably, the secondary battery protection circuit according to the present invention includes a charge and discharge control switch for selectively opening and closing the charge current or discharge current; And a fuse control switch for selectively opening and closing an operating current applied to the fuse. The microcontroller senses the voltage of the battery cell to control the charge / discharge control switch to block the charging current or the discharge current when the state of the cell is in the overcharge or overdischarge state, and the state of the battery cell is overcharged or over discharged. When the current flows through the sense resistor in a full state or when the current exceeds the limit, the fuse control switch is controlled to melt the fuse.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 적어도 하나 이상의 전지 셀을 포함하는 전지 셀 집합체와, 이 전지 셀 집합체와 전기적으로 결합된 상술한 2차 전지 보호회로와, 전지 셀 집합체 및 보호회로의 조립체를 내부 공간에 수납하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery pack including a battery cell assembly including at least one battery cell, the above-described secondary battery protection circuit electrically coupled to the battery cell assembly, a battery cell assembly, and And a housing accommodating the assembly of the protection circuit in the inner space.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 불량 퓨즈가 포함된 전지 조립체의 분류 방법은, 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 회로 경로 상에 접속된 퓨즈 및 센스 저항과, 상기 퓨즈의 양단 전압과 상기 센스 저항을 통하여 흐르는 전류를 센싱하여 퓨즈 저항을 계산하고 레퍼런스 저항과 대비하여 그 차이가 기준을 벗어난 경우 불량 발생 신호를 외부로 출력하는 마이크로컨트롤러를 포함하는 2차 전지 보호회로를 적어도 하나 이상의 전지 셀에 조립하는 2차 전지 조립 공정에서 불량 퓨즈가 포함된 전지 조립체를 분류하는 방법이다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of sorting a battery assembly including a defective fuse, including a fuse and a sense resistor connected to a circuit path through which a charge current or a discharge current flows, voltages at both ends of the fuse, and the sense A secondary battery protection circuit including a microcontroller that senses a current flowing through the resistor to calculate a fuse resistance and outputs a failure signal to the outside when the difference between the reference resistance and the reference resistance is out of the standard, is applied to at least one battery cell. A method of classifying a battery assembly including a bad fuse in a secondary battery assembly process of assembling.

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구체적으로, 본 발명에 따른 불량 퓨즈가 포함된 전지 조립체 분류 방법은, 2차 전지 보호회로와 적어도 하나 이상의 전지 셀을 전기적으로 결합시켜 전지 셀로부터 마이크로컨트롤러에 동작 전원을 인가하는 단계; 2차 전지 보호회로의 고전압 출력단 및 저전압 출력단을 통해 충전전류 또는 방전전류를 인가하는 단계; 2차 전지 보호회로의 마이크로컨트롤러로부터 불량 발생 신호가 출력되는지의 여부를 검사하는 단계; 및 불량 발생 신호가 출력된 전지 셀과 2차 전지 보호회로의 조립체를 픽업하여 별도 분류하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. Specifically, the battery assembly classification method comprising a bad fuse according to the present invention comprises the steps of electrically coupling the secondary battery protection circuit and at least one battery cell to apply an operating power from the battery cell to the microcontroller; Applying a charge current or a discharge current through the high voltage output terminal and the low voltage output terminal of the secondary battery protection circuit; Checking whether a bad signal is output from the microcontroller of the secondary battery protection circuit; And picking up and separately classifying the assembly of the battery cell and the secondary battery protection circuit to which the failure occurrence signal is output.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전지 조립 과정에서 여러 가지 원인으로 유발된 퓨즈의 불량을 2차 전지 보호회로가 자체적으로 모니터링할 수 있으므로 2차 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.According to an aspect of the present invention, since the secondary battery protection circuit can monitor the failure of the fuse caused by various causes in the battery assembly process by itself can improve the reliability of the secondary battery.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 별도의 검사 장비나 별도의 검사 공정을 진행하지 않더라도 2차 전지 보호회로 내에서 퓨즈 불량을 실시간으로 모니터링할 수 있으므로 제조 원가 상승이나 생산성 저하를 방지할 수 있다.According to another aspect of the present invention, it is possible to monitor the failure of the fuse in real time in the secondary battery protection circuit in real time even without a separate inspection equipment or a separate inspection process it is possible to prevent the increase in manufacturing cost or productivity.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 2차 전지 보호회로의 개략적인 회로 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차 전지 보호회로의 개략적인 회로 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예예 따라 2차 전지 보호회로에 포함된 퓨즈의 불량을 모니터링하고 불량 퓨즈가 포함된 전지 조립체를 분류하는 과정을 순차적으로 도시한 절차 흐름도이다.The following drawings attached to this specification are illustrative of the preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to.
1 is a schematic circuit diagram of a secondary battery protection circuit according to the prior art.
2 is a schematic circuit diagram of a secondary battery protection circuit according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a process of sequentially monitoring a failure of a fuse included in a secondary battery protection circuit and classifying a battery assembly including a defective fuse according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의기와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as a concept and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차 전지 보호회로의 개략적인 회로 구성도이다. 2 is a schematic circuit diagram of a secondary battery protection circuit according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 2차 전지 보호회로(10)는 종래의 보호회로와 마찬가지로 적어도 하나 이상의 전지 셀(30)로 이루어진 셀 집합체(20), 셀 집합체(20)의 고전압 단자(BAT+) 및 저전압 단자(BAT-), 개별 셀(30) 전압 및 셀 집합체(20)의 총 전압을 센싱하는 센싱 와이어(40), 부하 또는 충전장치와 연결되는 고전압 출력단(PACK+) 및 저전압 출력단(PACK-), 충전 전류 및 방전 전류를 각각 제어하는 충전 제어 스위치(50) 및 방전 제어 스위치(60), 한계 이상의 과충전 상태, 과방전 상태 또는 과전류 상태가 유발될 경우 고전압 라인(BAT+ ↔ PACK+)을 단선할 수 있도록 융단 소자(110) 및 히터 소자(120)를 포함하는 퓨즈(80), 퓨즈(80)로 흐르는 전류를 선택적으로 개폐하는 퓨즈 제어 스위치(90), 보호회로(10)에 흐르는 전류를 측정하기 위한 센스 저항(70) 및 상기 각 스위치(50, 60 및 90)를 이용하여 보호회로(10)의 전반적인 동작을 제어하는 마이크로컨트롤러(100)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the secondary battery protection circuit 10 according to the present invention, like the conventional protection circuit, includes a cell assembly 20 composed of at least one battery cell 30 and a high voltage terminal of the cell assembly 20. BAT +) and a low voltage terminal (BAT-), a sensing wire 40 for sensing the voltage of the individual cell 30 and the total voltage of the cell assembly 20, a high voltage output terminal PACK + and a low voltage output terminal connected to a load or a charging device ( PACK-), the charge control switch 50 and the discharge control switch 60 that control the charge current and the discharge current, respectively, the high voltage line (BAT + ↔ PACK +) when an overcharge state, an over discharge state or an over current state A fuse 80 including the fusion element 110 and the heater element 120, a fuse control switch 90 for selectively opening and closing a current flowing through the fuse 80, and a current flowing through the protection circuit 10 so as to be disconnected. Sense resistor 70 and each switch for measuring Using (50, 60, and 90) includes a microcontroller 100 that controls the overall operation of the protection circuit 10.

여기서, 상기 각 구성요소들의 기본적인 동작은 종래의 2차 전지 보호회로에포함된 구성요소와 실질적으로 동일하므로 반복적인 설명은 생략하기로 한다. 따라서 이하에서는 종래의 2차 전지 보호회로와 대비하여 본 발명에 따른 2차 전지 보호회로가 갖는 구성적 상이점을 위주로 본 발명의 구성을 설명하기로 한다.Here, since the basic operation of each of the components is substantially the same as the components included in the conventional secondary battery protection circuit, repeated description thereof will be omitted. Therefore, hereinafter, the configuration of the present invention will be described based on the structural differences of the secondary battery protection circuit according to the present invention as compared with the conventional secondary battery protection circuit.

구체적으로, 본 발명에 따른 2차 전지 보호회로(10)는 고전압 라인(BAT+ ↔ PACK+)에 위치한 퓨즈(80)의 양단자로부터 전압 차를 센싱하여 마이크로컨트롤러(100)로 입력하는 2개의 센싱 와이어(130)를 더 포함한다.Specifically, the secondary battery protection circuit 10 according to the present invention senses the voltage difference from both terminals of the fuse 80 located in the high voltage line (BAT + ↔ PACK +) to the two sensing wires to input to the microcontroller 100 130 further includes.

그리고, 상기 마이크로컨트롤러(100)는 2차 전지 보호회로(10)와 셀 집합체(20)가 조립되는 과정에서 퓨즈의 저항 특성을 실시간으로 자체 모니터링한다. 만약 모니터링 과정에서 퓨즈 불량이 감지되면, 마이크로컨트롤러(100)는 불량 발생 신호를 통신 라인(150)을 통해 출력하는 동작을 수행한다.The microcontroller 100 monitors the resistance characteristics of the fuse in real time in the process of assembling the secondary battery protection circuit 10 and the cell assembly 20. If a fuse failure is detected during the monitoring process, the microcontroller 100 performs an operation of outputting a failure generation signal through the communication line 150.

상기 통신 라인(150)은 마이크로컨트롤러(100)가 센스 저항(70)을 통해 흐른 전류의 량을 기초로 2차 전지의 잔존 용량을 계산하여 외부의 전자 기기(노트북 등)로 출력하기 위해 2차 전지 보호회로(10)에 구비되는 통상적인 통신 라인(150)이다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않으므로, 2차 전지 보호회로(10)는 불량 발생 신호의 전송을 위한 별도의 통신 라인을 구비할 수도 있을 것이다.The communication line 150 is a secondary for the microcontroller 100 to calculate the remaining capacity of the secondary battery based on the amount of current flowing through the sense resistor 70 and output it to an external electronic device (laptop, etc.). A general communication line 150 provided in the battery protection circuit 10 is provided. However, the present invention is not limited thereto, and thus, the secondary battery protection circuit 10 may include a separate communication line for transmitting a failure generation signal.

위와 같은 자체 모니터링 동작을 수행하기 위해, 상기 마이크로컨트롤러(100)는 내부 기억소자(170)에 퓨즈(80)의 불량 판별을 위한 레퍼런스 저항 값을 수록하고 있는 것이 바람직하다. 상기 내부 기억소자(170)는 전원이 소거되어도 기록된 데이터가 소실되지 않는 EPROM, EEPROM 또는 플래쉬 메모리와 같은 불활성 메모리일 수 있는데, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다. In order to perform the above self-monitoring operation, the microcontroller 100 preferably stores the reference resistance value for the failure determination of the fuse 80 in the internal memory device 170. The internal memory device 170 may be an inactive memory such as an EPROM, an EEPROM, or a flash memory in which recorded data is not lost even when power is erased. However, the present invention is not limited thereto.

한편 상기 마이크로컨트롤러(100)는 과충전, 과방전, 과전류 등의 각종 이상 상태를 판정하여 각 스위치(50, 60, 90)를 구동시키는데 필요한 레퍼런스 데이터도 상기 내부 기억소자(170)에 수록하고 있음은 당연하다.Meanwhile, the microcontroller 100 determines various abnormal states such as overcharge, overdischarge, overcurrent, and also stores reference data necessary for driving the switches 50, 60, and 90 in the internal memory device 170. Of course.

바람직하게, 퓨즈(80) 불량의 모니터링 동작은 솔더링 공정을 이용하여 2차 전지 보호회로(10)와 셀 집합체(20)를 조립한 이후에 진행된다. Preferably, the monitoring operation of the defective fuse 80 is performed after assembling the secondary battery protection circuit 10 and the cell assembly 20 using a soldering process.

도 3은 본 발명에 따른 2차 전지 보호회로(10)가 자체적으로 퓨즈 불량 모니터링 동작을 수행하는 과정을 순차적으로 도시한 절차 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a process of sequentially performing a fuse failure monitoring operation by the secondary battery protection circuit 10 according to the present invention.

도 2 및 3을 참조하면, 일반적으로 각 전지 셀(30)은 소정 레벨로 예비 충전된 상태로 2차 전지 보호회로(10)와 솔더링 된다(S10). 따라서 솔더링이 완료되면, 셀 집합체(20)로부터 마이크로컨트롤러(100) 측에 전력이 공급되어 마이크로컨트롤러(100)가 구동된다(S20).2 and 3, generally, each battery cell 30 is soldered with the secondary battery protection circuit 10 in a state of being precharged to a predetermined level (S10). Therefore, when soldering is completed, power is supplied from the cell assembly 20 to the microcontroller 100 to drive the microcontroller 100 (S20).

위와 같은 상태에서, 고전압 출력단자(PACK+)와 저전압 출력단자(PACK-)를 통해 충전 전류 또는 방전 전류를 인가한다(S30). 이러한 S30 단계는 전지 조립 공정에서 품질 검사의 일환으로 진행되는 단계일 수 있는데, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다. 그러면 마이크로컨트롤러(100)는 센싱 와이어(130)를 통해 고전압 라인(BAT+ ↔ PACK+)에 위치한 퓨즈(80)의 양단 전압값을 센싱한다(S40). 그리고 센스 저항(70)의 양단 전압을 센싱한 후 내부 기억소자(170)에 기록된 센스 저항(70)의 저항값을 이용하여 보호회로(10)에 흐르는 전류값을 계산한다(S50). 그런 다음 오옴의 법칙에 의해 퓨즈(80) 양단의 저항을 계산한다(S60). 즉 S40 단계 및 S50 단계를 통하여 획득한 퓨즈(80)의 양단 전압값을 보호회로(10)에 흐르는 전류값으로 나누면 퓨즈의 양단 저항을 계산할 수 있다. In the above state, the charging current or the discharge current is applied through the high voltage output terminal PACK + and the low voltage output terminal PACK- (S30). The step S30 may be a step proceeding as part of the quality inspection in the battery assembly process, the present invention is not limited thereto. Then, the microcontroller 100 senses a voltage value at both ends of the fuse 80 located in the high voltage line BAT + ↔ PACK + through the sensing wire 130 (S40). After sensing the voltage across the sense resistor 70, the current value flowing through the protection circuit 10 is calculated using the resistance value of the sense resistor 70 recorded in the internal memory device 170 (S50). Then, the resistance of both ends of the fuse 80 is calculated by Ohm's law (S60). That is, the resistance at both ends of the fuse can be calculated by dividing the voltage values at both ends of the fuse 80 obtained through the steps S40 and S50 by the current value flowing through the protection circuit 10.

그러고 나서 마이크로컨트롤러(100)는 계산된 퓨즈(80)의 양단 저항값과 내부 기억소자(170)에 수록된 레퍼런스 저항값을 대비하여 퓨즈(80)의 불량 여부를 판정한다(S70). Thereafter, the microcontroller 100 determines whether the fuse 80 is defective by comparing the calculated resistance values of both ends of the fuse 80 and the reference resistance values stored in the internal memory device 170 (S70).

즉, 계산된 퓨즈(80)의 양단 저항값이 레퍼런스 저항값과 대비하여 그 차가 미리 정한 오차를 벗어나면(S70의 '예') 퓨즈(80)를 불량으로 판정한다. 이러한 경우, 마이크로컨트롤러(100)는 통신 라인(150)을 통해 전지 조립 제어 시스템(160)으로 불량 발생 신호를 출력시킨다(S80). 그러면 전지 조립 제어 시스템(160)은 불량 발생 신호가 출력된 전지 조립 제품을 조립라인으로부터 수거한다(S90). 이러한 전지 조립 제품의 수거는 전지 조립 제어 시스템(160)에 의해 제어되는 공지의 픽업장치를 이용하여 구현될 수 있음은 당연하다.That is, when the calculated resistance value of both ends of the fuse 80 is out of a predetermined error compared to the reference resistance value (YES in S70), the fuse 80 is determined to be defective. In this case, the microcontroller 100 outputs a failure occurrence signal to the battery assembly control system 160 through the communication line 150 (S80). Then, the battery assembly control system 160 collects the battery assembly product from which the failure occurrence signal is output (S90). It is natural that the collection of such battery assembly products can be implemented using a known pickup device controlled by the battery assembly control system 160.

반대로, 계산된 퓨즈(80)의 양단 저항값이 레퍼런스 저항값과 대비하여 그 차가 미리 정한 오차를 벗어나지 않으면(S70의 '아니오') 퓨즈(80)의 상태를 정상으로 판정한다. 이러한 경우, 전지 조립체는 통상적인 품질 검사를 거쳐 하우징에 실장된 후 배터리 팩으로 제조되어 출하된다.On the contrary, when the calculated resistance value of both ends of the fuse 80 does not deviate from a predetermined error compared to the reference resistance value (NO in S70), the state of the fuse 80 is determined to be normal. In this case, the battery assembly is mounted in a housing through a conventional quality inspection and then manufactured and shipped as a battery pack.

한편 상술한 본 발명의 실시예에서는 2차 전지 보호회로(10)가 전지 조립 과정에서 퓨즈(80)의 불량을 모니터링하였다. 하지만 퓨즈(80) 불량의 모니터링은 2차 전지 보호회로(10)의 제조 과정에서도 이루어질 수 있다. 즉 PCB 기판에 퓨즈(80)를 솔더링한 후 마이크로컨트롤러(100)에 전원을 인가하고 고전압 라인(PACK+) 및 저전압 라인(PACK-)을 통해 보호회로에 전류를 인가하면 상술한 실시예와 동일하게 퓨즈(80)의 불량 여부를 판별할 수 있다.Meanwhile, in the above-described embodiment of the present invention, the secondary battery protection circuit 10 monitors the failure of the fuse 80 during the battery assembly process. However, the failure of the fuse 80 may be monitored in the manufacturing process of the secondary battery protection circuit 10. That is, after soldering the fuse 80 to the PCB substrate, the power is applied to the microcontroller 100 and the current is applied to the protection circuit through the high voltage line PACK + and the low voltage line PACK- as in the above-described embodiment. It may be determined whether the fuse 80 is defective.

본 발명의 실시예에서, 마이크로컨트롤러(100)는 전압값과 전류값을 센싱하는 아날로그 신호 처리 동작과 센싱된 전압값과 전류값에 기해 각 스위치(50, 60, 90)의 동작을 제어하기 위한 논리신호 처리를 동시에 수행하는 것으로 기술하였다. In the embodiment of the present invention, the microcontroller 100 is for controlling the operation of each switch (50, 60, 90) based on the analog signal processing operation for sensing the voltage value and the current value and the sensed voltage value and current value The logic signal processing is described as being performed simultaneously.

하지만 전압값과 전류값을 센싱하는 아날로그 신호 처리 회로와 센싱된 아날로그 신호에 의해 보호회로의 제어와 관련된 각종 논리연산을 수행하는 논리신호 처리 회로를 별개의 컨트롤러로 구성할 수 있음은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 당연하다.However, the analog signal processing circuit for sensing the voltage value and the current value and the logic signal processing circuit for performing various logic operations related to the control of the protection circuit by the sensed analog signal can be configured as a separate controller. It is natural to those skilled in the art.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

20 : 셀 집합체 30 : 셀
40 : 센싱 와이어 50 : 충전 제어 스위치
60 : 방전 제어 스위치 70 : 센스 저항
80 : 퓨즈 90 : 퓨즈 제어 스위치
100 : 마이크로컨트롤러20: cell aggregate 30: cell
40: sensing wire 50: charge control switch
60: discharge control switch 70: sense resistor
80: fuse 90: fuse control switch
100: microcontroller

Claims (6)

퓨즈 불량의 자체 모니터링이 가능한 2차 전지 보호회로에 있어서,
충전 전류 또는 방전전류가 흐르는 회로 경로 상에 접속된 퓨즈;
충전 전류 또는 방전전류가 흐르는 회로 경로 상에 접속된 센스 저항;
퓨즈의 불량 판별을 위한 레퍼런스 저항 값을 수록하고 있는 기억소자; 및
상기 퓨즈의 양단 전압과 상기 센스 저항을 통하여 흐르는 전류를 센싱하여 퓨즈 저항을 계산하고 상기 레퍼런스 저항 값과 대비하여 그 차이가 기준을 벗어난 경우 불량 발생 신호를 외부로 출력하는 마이크로컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 보호회로.In the secondary battery protection circuit capable of self-monitoring the fuse failure,
A fuse connected on a circuit path through which a charge current or a discharge current flows;
A sense resistor connected on the circuit path through which the charge current or discharge current flows;
A memory device for storing a reference resistance value for the failure determination of the fuse; And
And a microcontroller configured to sense a fuse resistance by sensing a voltage across the fuse and a current flowing through the sense resistor, and to output a failure occurrence signal to the outside when the difference is out of the reference value compared to the reference resistance value. A secondary battery protection circuit characterized by the above. 제1항에 있어서,
상기 마이크로컨트롤러와 외부의 전지 조립 제어 시스템을 상호 접속하는 통신 라인을 더 포함하고,
상기 마이크로컨트롤러는 상기 통신 라인을 통해 불량 발생 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 보호회로.The method of claim 1,
Further comprising a communication line interconnecting the microcontroller and an external battery assembly control system,
And the microcontroller outputs a failure occurrence signal through the communication line. 제1항에 있어서,
상기 충전 전류 또는 방전 전류를 선택적으로 개폐하는 충방전 제어 스위치; 및 상기 퓨즈로 인가되는 동작 전류를 선택적으로 개폐하는 퓨즈 제어 스위치;를 더 포함하고,
상기 마이크로컨트롤러는 전지 셀의 전압을 센싱하여 셀의 상태가 과충전 또는 과방전 상태인 경우 상기 충방전 제어 스위치를 제어하여 충전전류 또는 방전전류를 차단하고, 전지 셀의 상태가 한계 이상의 과충전 또는 과방전 상태이거나 상기 센스 저항을 통하여 흐르는 전류가 한계 이상의 과전류인 경우 상기 퓨즈 제어 스위치를 제어하여 퓨즈를 융단시키는 것을 특징으로 하는 2차 전지 보호회로.The method of claim 1,
A charge / discharge control switch for selectively opening and closing the charge current or the discharge current; And a fuse control switch for selectively opening and closing an operating current applied to the fuse.
The microcontroller senses the voltage of the battery cell and controls the charge / discharge control switch to cut off the charge current or the discharge current when the state of the cell is overcharged or overdischarged, and the state of the battery cell is overcharged or overdischarged. And fuses the fuse by controlling the fuse control switch when the current flowing through the sense resistor is greater than or equal to a limit. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 2차 전지 보호회로를 포함하는 배터리 팩.A battery pack comprising the secondary battery protection circuit according to any one of claims 1 to 3. 삭제delete 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 회로 경로 상에 접속된 퓨즈 및 센스 저항과, 상기 퓨즈의 양단 전압과 상기 센스 저항을 통하여 흐르는 전류를 센싱하여 퓨즈 저항을 계산하고 레퍼런스 저항과 대비하여 그 차이가 기준을 벗어난 경우 불량 발생 신호를 외부로 출력하는 마이크로컨트롤러를 포함하는 2차 전지 보호회로를 적어도 하나 이상의 전지 셀에 조립하는 2차 전지 조립 공정에서 불량 퓨즈가 포함된 전지 조립체를 분류하는 방법에 있어서,
2차 전지 보호회로와 적어도 하나 이상의 전지 셀을 전기적으로 결합시켜 전지 셀로부터 마이크로컨트롤러에 동작 전원을 인가하는 단계;
2차 전지 보호회로의 고전압 출력단 및 저전압 출력단을 통해 충전 전류 또는 방전 전류를 인가하는 단계;
2차 전지 보호회로의 마이크로컨트롤러로부터 불량 발생 신호가 출력되는지 의 여부를 검사하는 단계; 및
상기 불량 발생 신호가 출력된 전지 셀과 2차 전지 보호회로의 조립체를 픽업하여 분류하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불량 퓨즈가 포함된 전지 조립체의 분류 방법.The fuse resistance is sensed by sensing the fuse and sense resistor connected on the circuit path through which the charge current or the discharge current flows, the current flowing through the voltage across the fuse and the sense resistor, and the fuse resistance is calculated. A method for classifying a battery assembly including a bad fuse in a secondary battery assembly process of assembling a secondary battery protection circuit including at least one microcontroller that outputs a failure occurrence signal to at least one battery cell when the deviation occurs.
Electrically coupling a secondary battery protection circuit with at least one battery cell to apply operating power from the battery cell to the microcontroller;
Applying a charge current or a discharge current through the high voltage output terminal and the low voltage output terminal of the secondary battery protection circuit;
Checking whether a bad signal is output from the microcontroller of the secondary battery protection circuit; And
And picking up and sorting the assembly of the battery cell and the secondary battery protection circuit to which the failure generation signal is output, and classifying the battery assembly including the defective fuse.
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