KR101529551B1 - 이차전지 착탈형 배터리 보호장치 - Google Patents

이차전지 착탈형 배터리 보호장치 Download PDF

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Abstract

배터리 보호장치의 리셋을 위한 한 쌍의 리셋 단자 및 상기 한 쌍의 리셋 단자 사이에 서로 직렬 연결된 리셋 스위치와 커패시터를 포함하는 배터리 보호장치가 공개된다. 이 배터리 보호장치를 이용하면, 착탈식 배터리를 배터리 보호장치에 삽입하는 동작만으로 배터리 보호장치가 정상적으로 동작을 시작하게 된다.

Description

이차전지 착탈형 배터리 보호장치{Battery protecting device for replaceable secondary battery}
본 발명은 착탈이 가능한 교체형 이차전지를 배터리 보호회로에 연결 시, 배터리 보호회로를 자동으로 초기화하여 정상 작동시키는 기술에 관한 것이다.
도 1의 (a)는 리튬이차전지의 종류 중 착탈식 코인형 리튬이차전지를 나타내는 도면이다. 착탈식 코인형 리튬이차전지는 동전형태의 형상을 가지며, 금속성 케이스에 삽입되어 상단은 +전극이 위치하며, 하단은 -전극이 위치하도록 되어 있다.
도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 착탈식 코인형 리튬이차전지를 전자장치에 적용하기 위해 사용하는 홀더를 나타내는 도면이다. 착탈식 코인형 리튬이차전지용 홀더는 여러 형태로 구현될 수 있으나 구조적으로는 착탈식 코인형 리튬이차전지의 양극과 음극이 전자장치에 전기적으로 연결되도록 구성되고, 양극부 혹은 음극부의 접촉부를 스프링 형태의 탄성을 가지도록 구조 설계되어 착탈식 코인형 리튬이차전지의 이탈을 방지하는 역할을 한다.
도 2는 리튬이차전지의 종류 중 시스템 영구 장착형 코인형 리튬이차전지를 나타내는 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 영구 장착형 코인형 리튬이차전지의 양극과 음극에 니켈 플레이트를 용접하고 이를 PCB 기판 등에 납땜 등을 통해 고정하는 형태를 갖는다.
도 3은 종래 기술에 따른 리튬이차전지의 종류 중 보호회로를 포함하는 코인형 리튬이차전지를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 코인형 리튬이차전지의 형태가 원형이며 두께가 얇기 때문에, 보호회로의 출력은 외부 전선을 통해 인출되는 형태를 가진다.
도 4의 (a)는 리튬이차전지의 종류 중 원통형 리튬이차전지를 나타내는 도면이다. 원통형 리튬이차전지는 캔 타입의 형상을 가지며, 금속성 케이스에 삽입되어 상단과 하단에는 각각 +전극과 -전극, 또는 -전극과 +전극이 위치하도록 되어 있다.
도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 원통형 리튬이차전지를 전자장치에 적용하기 위해 사용하는 홀더를 나타내는 도면이다. 홀더의 외부 출력선은 전자장치에 연결되는 형태를 가지며, 출력선 외에 니켈 플레이트 등을 사용하기도 한다.
도 4의 (c)는 충전기 일체형 원통형 리튬이차전지를 장착하는 홀더를 나타내는 도면이고, 도 4의 (d)는 종래 기술에 따른 충전기 분리형 원통형 리튬이차전지를 장착하는 홀더를 나타내는 도면이다. 일반적으로 도 4의 (c)와 도 4의 (d)의 형태에서는 충전기에서 충전전압을 제어하는 형태를 가지며, 별도의 보호장치는 내장하지 않는다.
본 발명과 관련된 종래 기술로서 일반적인 배터리 보호회로가 대한민국 공개특허 10-2013-0063804에 기재되어 있다.
리튬이차전지와 같은 이차전지는 여러 가지 장점을 가지지만 과충전, 과방전, 과전류 등 비이상적인 상태에서 발화나 폭발 등의 위험성으로 인해 반드시 보호회로를 장착하여 이차전지 팩의 형태로 사용하고 있다. 시스템의 전원을 공급하는 이차전지 팩은 소모품으로 일정기간 사용하면 수명이 종료되어 새 제품으로 교환해야 한다. 하지만 이차전지 팩은 보호회로를 포함하는 형태를 가지므로 가격이 비싸고 제조가 복잡하다는 단점이 있다.
원통형 리튬이차전지나 코인형 리튬이차전지의 경우 전지 홀더를 시스템에 장착하면 일반 건전지처럼 배터리만 교체하는 형태로 사용 가능하지만 보호회로를 포함하는 형태를 가짐으로 인해 홀더에 직접 착탈하는 것이 어려우며, 착탈을 한다하더라도 시스템에 보호회로가 구비되어 있으면 초기에는 차단상태가 되어 강제 웨이크-업 동작을 수행한다거나 충전기를 연결하여 자동으로 보호회로가 웨이크-업이 되도록 시스템을 조작하여야 한다. 이러한 별도의 조작은 사용자 입장에서 기존의 건전지를 교체한 후 바로 시스템이 동작한 경우와 비교 시 매우 불편한 형태의 조작법이며, 경우에 따라서는 웨이크-업을 수행하지 않고 시스템이 동작하지 않는다는 불신을 가질 수 있다.
따라서 본 발명에서는 상술한 문제점을 해결하기 위한 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 범위가 상술한 과제에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따른 배터리 보호장치는, 배터리 보호장치의 리셋을 위한 한 쌍의 리셋 단자; 및 상기 한 쌍의 리셋 단자 사이에 서로 직렬 연결된 리셋 스위치와 커패시터를 포함한다.
이때, 상기 한 쌍의 리셋 단자 사이를 일시적으로 단락시킨 후 개방시키면 상기 배터리 보호장치가 초기화되어 정상적으로 동작할 수 있다.
이때, 상기 배터리 보호장치는 상기 배터리를 고정시키는 홀더를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 리셋 스위치는, 상기 배터리가 상기 홀더에 결합되었을 때에 상기 배터리의 측면부에 눌려 작동하도록 상기 홀더의 측면에 설치될 수 있다.
또는, 상기 배터리 보호장치는 상기 배터리를 고정시키기 위한 홀더로서, 적어도 두 개의 접촉단자를 포함하는 홀더를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 두 개의 접촉단자는, 상기 배터리가 상기 홀더와 분리되어 있을 때에는 서로 전기적으로 개방되어 있고, 상기 배터리가 상기 홀더에 결합되었을 때에는 상기 배터리 표면의 도전성 소재에 의해 서로 단락되도록 되어 있으며, 상기 두 개의 접촉단자가 상기 리셋 스위치의 기능을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 배터리 보호장치에 배터리가 연결되기 전에는 상기 리셋 스위치가 오프 상태를 유지하고, 상기 배터리 보호장치에 배터리가 연결된 후에는 상기 리셋 스위치가 온 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라 배터리와 결합하여 배터리 팩을 구성하는 배터리 보호장치를 제공할 수 있다. 이 배터리 보호장치는, 상기 배터리의 일 전극에 결합되는 제1 단자; 상기 배터리 팩의 일 전극으로 기능하는 제2 단자; 상기 배터리가 상기 배터리 보호장치에 결합되었을 때에 상기 배터리 보호장치를 웨이크-업하기 위한 리셋 스위치; 및 커패시터를 포함한다. 이때, 상기 리셋 스위치와 상기 커패시터는 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 직렬로 연결되어 있다.
이때, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에는 상기 배터리에 흐르는 충방전 전류를 제어하기 위한 스위치가 구비될 수 있다.
이때, 상기 배터리 보호장치는, 상기 배터리를 고정시키는 홀더를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 리셋 스위치는, 상기 배터리가 상기 홀더에 결합되었을 때에, 상기 배터리의 측면부에 눌려 작동하도록 상기 홀더의 측면에 설치될 수 있다.
이때, 상기 리셋 스위치는 도전성 가동부재 및 서로 이격되어 배치된 두 개의 고정단자를 포함할 수 있다. 그리고 상기 배터리가 상기 홀더에 결합되지 않은 경우 상기 두 개의 고정단자 사이가 전기적으로 개방되어 있고, 상기 배터리가 상기 홀더에 결합된 경우에는 상기 도전성 가동부재가 상기 두 개의 고정단자와 전기적으로 접촉됨으로써 상기 두 개의 고정단자 사이가 단락되도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 두 개의 고정단자 중 한 개는 상기 배터리의 일 단자에 전기적으로 직접 연결되도록 되어 있고, 다른 한 개는 상기 커패시터의 일 단자에 전기적으로 직접 연결되도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 배터리 보호장치는 상기 배터리를 고정시키기 위한 홀더로서, 적어도 두 개의 접촉단자를 포함하는 홀더를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 두 개의 접촉단자는, 상기 배터리가 상기 홀더와 분리되어 있을 때에는 서로 전기적으로 개방되어 있고, 상기 배터리가 상기 홀더에 결합되었을 때에는 상기 배터리 표면의 도전성 소재에 의해 서로 단락되도록 되어 있으며, 상기 두 개의 접촉단자가 상기 리셋 스위치의 기능을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라, 배터리의 충방전을 제어하기 위한 IC와 상기 IC에 의해 충방전 전류의 흐름을 제어하는 한 개 이상의 스위치를 포함하는 배터리 보호장치; 및 상기 배터리 보호장치를 초기화하기 위하여, 서로 직렬 연결된 리셋 스위치와 커패시터를 포함하는 리셋회로를 포함하는 배터리 착탈형 보호회로가 제공될 수 있다. 이때, 상기 리셋회로의 양 단은 상기 배터리 보호장치의 리셋 단자에 연결되어 있다.
이때, 상기 리셋회로는 상기 배터리의 일 전극과 상기 배터리와 상기 배터리 보호장치에 의해 제공되는 배터리 팩의 일 전극 사이에 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 보호회로가 포함된 시스템에 착탈 가능한 교환식 이차전지를 연결하는 경우에 별도의 조작 없이 자동으로 보호회로를 웨이크-업 할 수 있다.
본 발명의 범위가 상술한 효과에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1은 코인형 리튬이차전지, 및 코인형 리튬이차전지를 전자장치에 연결하기 위해 사용하는 홀더를 나타내는 도면이다.
도 2는 시스템 영구 장착형 코인형 리튬이차전지를 나타내는 도면이다.
도 3은 보호회로를 포함하는 코인형 리튬이차전지를 나타내는 도면이다.
도 4는 원통형 리튬이차전지, 및 원통형 리튬이차전지를 전자장치에 연결하기 위해 사용하는 홀더를 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호장치의 기본 기능을 설명하기 위하여 일 실시예에 따른 배터리 보호장치를 나타낸 도면이다. 도 5b는 다른 실시예에 따른 배터리 보호장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호장치의 리셋회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a와 도 7b는 각각 도 6에 도시한 회로의 배터리 보호장치를 도 5a 및 도 5b에 도시한 배터리 보호장치로 대체한 예를 나타낸다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따라 배터리와 배터리 보호장치를 연결하는 하우징의 구조의 일 예를 나타낸 것이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8a에 나타낸 하우징으로부터 변형된 형태의 하우징을 나타낸다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따라 배터리와 배터리 보호장치를 연결하는 하우징의 구조의 다른 예를 나타낸 것이다.
도 11a와 도 11b는 도 7a의 리셋회로에서, 리셋 스위치의 누름동작 시 단자(13)에서의 전압파형을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
도 5a는 배터리 보호장치의 기본 기능을 설명하기 위하여, 일 실시예에 따른 배터리 보호장치를 나타낸 도면이다. 도 5b는 다른 실시예에 따른 배터리 보호장치를 나타낸 도면이다.
도 5a에 도시한 배터리 보호장치(100)는 제1 외부연결단자(EB+) 및 제2 외부연결단자(EB-)를 구비할 수 있다. 제1 외부연결단자(EB+) 및 제2 외부연결단자(EB-)는 충전 시에는 충전기에 연결되고 방전 시에는 배터리 전원에 의하여 동작되는 전자기기(예, 휴대단말기 등)에 연결될 수 있다.
또한, 배터리 보호장치(100)는 PCM IC(110), 두 개의 FET(131,132)(즉, 전압 구동형 스위치), 저항(R1,R2), 및 커패시터(C1)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 방전상태를 제어하기 위한 제1 FET(131) 및 충전상태를 제어하기 위한 제2 FET(132) 각각의 소스(Source) 단자와 드레인(Drain) 단자 사이에는 기생다이오드가 연결되어 있으며, 제1 FET(131) 및 제2 FET(132) 각각의 드레인(Drain) 단자들은 서로 전기적으로 연결되어 있다. 상기 저항(R1,R2) 및 커패시터(C1)는 ESD 및 필터의 역할을 수행할 수 있다.
PCM IC(110)는 배터리(10)의 충/방전 상태를 모니터링하고 제어하기 위한 IC로서, 배터리(10)의 전압을 검출하기 위한 단자(VDD) 및 단자(VSS)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 단자(VDD)는 PCM IC(110)의 양극(+) 전원 입력단으로서 배터리(10)의 양극(+)에 저항(R1)을 통해 연결되어 있으며, 상기 단자(VSS)는 PCM IC(110)의 음극(-) 전원 입력단으로서 배터리(10)의 음극(-)에 연결될 수 있다. 또한, PCM IC(110)는 제1 FET(131)를 제어하기 위한 단자(DO), 제2 FET(132)를 제어하기 위한 단자(CO), 및 전류를 검출하기 위한 단자(VM)를 더 포함할 수 있다.
이하, 배터리 보호장치(100)에서, 배터리(10)의 양단의 전압에 따른 정상상태와 과방전 전압검출, 차단, 및 복귀 동작상태와 과충전 전압검출, 차단, 및 복귀 동작상태에 대해 설명한다.
<정상 상태>
배터리(10)가 정상 충전 및/또는 정상 방전 상태인 경우, 즉 배터리(10)의 양단의 전압이 정상전압 범위에 속하는 경우, PCM IC(110)는 단자(DO)와 단자(CO)를 하이(High)-상태로 제어함에 따라 제1 FET(131) 및 제2 FET(132)가 턴-온(Turn-on) 상태로 제어됨으로써 충전전류 및/또는 방전전류가 정상적으로 흐르도록 제어된다. 이때, 도 5a에 도시한 바와 같이, 상기 방전전류는 제1 방향(22)으로 흐르도록 되어 있으며, 상기 충전전류는 제2 방향(21)으로 흐르도록 되어 있다.
<과방전 전압 검출, 차단 및 복귀>
배터리(10)가 과방전 상태인 경우, 즉, 배터리(10)의 양단의 전압이 미리 결정된 과방전 전압 차단시점에 대응하는 전압에 도달하는 경우, PCM IC(110)는 DO단을 로우(Low)-상태로 제어함으로써 제1 FET(131)가 턴-오프(Turn-off) 상태로 제어되도록 되어 있다. 이에 따라, 방전전류가 차단되고 배터리(10)는 더 이상 방전되지 않는다. 이때, 단자(VM)의 전위는 단자(VSS)와 거의 같은 전위를 유지하다가 제1 FET(131)가 턴-오프 상태가 됨으로써 부하(140)를 통해 단자(VDD)와 동전위가 된다.
다시 정상상태로 복귀하는 경우에는, 부하가 제거되고 충전기가 연결되면 충전전류가 도 5a에 도시한 바와 같이 제2 방향(21)으로 흐르게 되고, 제1 FET(131)의 기생다이오드를 통해 전류가 형성된다. 이에 따라, 단자(VM)의 전위는 단자(VSS)의 전위에 근접하게 되며, PCM IC(110)는 이를 검출하여 충전이 형성되었다고 판단하여 제1 FET(131)를 턴-온 상태로 제어함으로써 충전전류가 정상적으로 공급된다.
<과충전 전압 검출, 차단 및 복귀>
배터리(10)가 과충전 상태인 경우, 즉, 배터리(10)의 전압이 미리 결정된 과충전 전압 차단시점에 대응하는 전압에 도달하는 경우, PCM IC(110)는 단자(CO)를 로우-상태로 제어함으로써 제2 FET(132)가 턴-오프 상태로 제어되도록 되어 있다. 이에 따라, 충전전류가 차단되고 배터리(10)는 더 이상 충전되지 않는다.
이때, 다시 정상상태로 복귀하는 경우에는, 충전기가 제거되고 부하가 연결되면 방전전류가 제1 방향(22)으로 흐르게 되고, 제2 FET(132)의 기생다이오드를 통해 전류가 형성된다. 이에 따라, 배터리(10)의 전압은 하강하며, 배터리(10)의 전압이 특정 회복전압에 도달 시 PCM IC(110)는 이를 검출하여 방전이 형성되었다고 판단하여 제2 FET(132)를 턴-온 상태로 제어함으로써 방전전류가 정상적으로 공급된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호장치(100)에서, 배터리(10)의 양단의 전압에 따른 정상상태와 과방전 및/또는 과충전 전류 검출, 차단, 및 복귀 동작상태에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에서, PCM IC(110)의 전류검출은 PCM IC(110)의 단자(VSS)와 단자(VM) 양단의 전압을 검출하여 측정할 수 있다.
<정상 상태>
PCM IC(110)의 단자(VSS)와 단자(VM) 양단의 전압이 정상전압범위에 속하는 경우, 제1 FET(131) 및 제2 FET(132)는 미소한 저항성분으로 동작하게 되는데, 이를 FET의 Rds_on 이라 한다. 이때, 상기 방전전류는 제1 방향(22)으로 흐르도록 되어 있으며, 상기 충전전류는 제2 방향(21)으로 흐르도록 되어 있다.
<과방전 전류 검출, 차단 및 복귀>
PCM IC(110)의 단자(VSS)와 단자(VM) 양단의 전압이 미리 결정된 과방전 전류 차단시점에 대응하는 전압에 도달하는 경우, 과방전 전류 차단 및 복귀는 상술한 과방전 전압 차단 및 복귀와 동일하게 수행되도록 되어 있다. 이때, 상기 미리 결정된 과방전 전류 차단시점은, 단자(VM)의 전위가 단자(VSS)의 전위보다 약 150mV 높은 수준에서 과방전 전류 차단시점으로 판단하도록 되어 있다.
<과충전 전류 검출, 차단 및 복귀>
PCM IC(110)의 단자(VSS)와 단자(VM) 양단의 전압이 미리 결정된 과충전 전류 차단시점에 대응하는 전압에 도달하는 경우, 과충전 전류 차단은 상술한 과충전 전압 차단과 동일하게 수행되도록 되어 있으며, 복귀는 충전기가 제거됨으로써 자동 복귀되도록 되어 있다. 이때, 상기 미리 결정된 과충전 전류 차단시점은, 단자(VM)의 전위가 단자(VSS)의 전위보다 약 150mV 낮은 수준에서 과충전 전류 차단시점으로 판단하도록 되어 있다.
이하, 도 5b에 나타낸 다른 구조의 배터리 보호장치(100)를 설명한다.
도 5a와 도 5b를 비교하여 설명하면, 도 5a에 도시한 배터리 보호장치(100)는 한 개의 배터리(10)를 이용하여 구성되어 있는 반면, 도 5b에 도시한 배터리 보호장치(100)는 복수 개의 배터리(10)를 이용할 수 있도록 구성되어 있다. 도 5b에 나타낸 배터리 보호장치(100)의 구조 및 역할은 도 5a에서 설명한 배터리 보호장치(100)와 유사하게 구현될 수 있다. 다만, 도 5a에서는 두 개의 FET(131, 132)가 배터리(10)의 음극쪽에 연결되는 구조임에 비하여, 도 5b에서는 두 개의 FET(131, 132)가 배터리(10)의 양극 쪽에 연결되는 구조를 갖는다는 점에 차이가 있다. 또한, 도 5b의 배터리 보호장치(100)에는 복수 개의 배터리(10)가 연결되기 때문에 더 많은 저항과 커패시터들을 이용하여 회로를 구성하게 된다는 점에 차이가 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호장치의 리셋회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 리셋회로(120)는 배터리 보호장치(100)의 제1 단자(15)와 제2 단자(16) 사이에 연결될 수 있다. 리셋회로(120)는 배터리 보호장치(100)를 웨이크-업(Wake-up) 하기 위한 회로로서, 서로 직렬 연결된 리셋 스위치(41) 및 커패시터(42)를 포함하여 구성되어 있다.
이때, 제1 단자(15)는 배터리(10)의 전극에 연결되는 두 개의 단자 중, 배터리 보호장치(100) 내의 FET(즉, 전압 구동형 스위치)에 더 가까이 배치된 단자를 지칭할 수 있다. 그리고 이때, 제2 단자(16)는, 부하 또는 충전기에 연결되는 두 개의 단자(EB+, EB-) 중 배터리 보호장치(100) 내의 FET에 더 가까이 배치된 단자를 지칭할 수 있다. 제1 단자(15)와 제2 단자(16)의 예가 도 5a 및 도 5b에 도시한 배터리 보호장치(100)에 표시되어 있다.
한편, 상술한 제1 단자(15)와 제2 단자(16)는 다른 방식으로 정의될 수 있다. 즉, 임의의 구조를 갖는 배터리 보호장치에서 제공되는 두 개의 단자로서, 상기 두 개의 단자 사이를 일시적으로 단락시켰다가 오픈시키는 경우에 상기 임의의 구조를 갖는 배터리 보호장치가 초기화되어 정상작동을 시작하게 되는 상기 두 개의 단자를 가정할 수 있다. 이때, 상기 두 개의 단자를 각각 제1 단자(15)와 제2 단자(16)로 지칭할 수 있다. 즉, 제1 단자(15)와 제2 단자(16)는 배터리 보호장치의 리셋단자로서 기능하는 한 쌍의 단자를 지칭할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 리셋회로(120)는 상기 리셋단자를 구비한 배터리 보호장치의 구체적인 구성에 의해 종속되지 않고 독립적으로 제공될 수 있다. 예컨대, 배터리 보호장치가 반드시 두 개의 FET를 포함하지 않는 경우에도 본 발명의 일 실시예에 따른 리셋회로(120)를 사용할 수 있다.
도 7a는 도 6에 도시한 회로의 배터리 보호장치(100)를 도 5a에 도시한 배터리 보호장치(100)로 대체한 예를 나타내며, 도 7b는 도 6에 도시한 회로의 배터리 보호장치(100)를 도 5b에 도시한 배터리 보호장치(100)로 대체한 예를 나타낸다.
이하, 도 7a에 나타낸 회로구성에 있어서, 리셋회로(120)에 의해 배터리 보호장치(100)가 웨이크-업되는 원리를 설명한다. 일반적으로 배터리(10)가 배터리 보호장치(100)와 전기적으로 분리되어 있다가 결합되면 과방전 상태가 된다. 이때, 배터리 보호장치(100)를 정상적으로 웨이크-업 하기 위해서는 충전기를 연결하여 충전전류를 인가하는 방법이 주로 사용된다. 하지만 팩 제조 시 팩의 웨이크-업을 위해 충전기를 연결하는 것은 매우 어려운 일이다. 따라서 강제적으로 동일한 웨이크-업 효과를 거두기 위해 PCM IC(110)의 단자(VSS)(즉, 제1 단자(15))와 제2 외부입력단자(EB-)(즉, 제2 단자(16)) 사이를 단락시켜 단자(VM)의 전위를 강제적으로 단자(VSS)와 동전위로 만들어 PCM IC(110)가 충전전류가 형성된 것으로 인식하도록 하는 방법을 사용할 수 있다. 그 후 단자(VSS)와 제2 외부입력단자(EB-) 사이의 단락 상태를 다시 개방 상태로 만들어주어 배터리 보호장치(100)가 정상적으로 동작할 수 있도록 한다.
도 6, 도 7a, 및 도 7b에 나타낸 리셋회로(120)의 구성에 의해 상술한 기능을 수행할 수 있다. 이때 리셋 스위치(41)는 아래의 두 가지 방식 중 어느 한 가지 방식으로 동작할 수 있다. 첫 번째 방식은, 리셋 스위치(41)의 조작에 따라 리셋 스위치(41)가 ‘오프’ 상태에서 ‘온’ 상태로 바뀌었다가 다시 ‘오프’ 상태로 자동으로 돌아온 후, ‘오프’ 상태를 유지하는 방식이다. 두 번째 방식은, 리셋 스위치(41)의 조작에 따라 리셋 스위치(41)가 ‘오프’ 상태에서 ‘온’ 상태로 바뀌고 ‘온’ 상태를 유지하는 방식이다. 상기 첫 번째 방식에 따르면 리셋회로(120)에 커패시터(42)가 포함되어 있지 않다고 하더라도 배터리 보호장치(100)를 웨이크-업 한 후에 정상 작동하도록 할 수 있다. 그리고 상기 두 번째 방식에 따르는 경우, 리셋 스위치(41)의 조작 초기의 과도상태에서는 커패시터(42)가 충전되면서 리셋회로(120)가 전체적으로 단락형태로 동작하지만, 상기 과도상태가 끝난 경우 커패시터(42)가 개방상태가 되기 때문에 리셋회로(120)가 전체적으로 개방상태로 동작하게 된다. 따라서 상기 두 번째 방식에 따르는 경우에도, 리셋 스위치(41)를 조작함으로써 배터리 보호장치(100)를 웨이크-업 한 이후 정상적으로 작동시킬 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따라 배터리(10)와 배터리 보호장치(100)를 연결하는 하우징(700)의 구조의 일 예를 나타낸 것이다.
도 8a에서 배터리(10)는 좁은 측면부(71)와 넓은 상하면을 갖고 있는 코인 타입의 배터리이다. 이때, 예컨대 배터리(10)의 상면과 하면은 각각 양극(+)과 음극(-), 또는 음극(-)과 양극(+)일 수 있다. 하우징(700)은 제1 접촉단자(72), 제2 접촉단자(73), 및 리셋 스위치(41)를 포함할 수 있다. 도 8c는 리셋 스위치(41)의 구조를 나타낸 것으로서, 리셋 스위치(41)는 도전성 가동부재(31) 및 두 개의 고정단자(32, 33)로 구성될 수 있다. 이때, 고정단자(32)와 고정단자(33)는 각각 도 6의 제1 단자(15)와 제2 단자(16)에 전기적으로 직접 연결될 수 있다.
배터리(10)를 하우징(700)에 밀어 넣으면, 배터리(10)의 상면과 하면(또는 하면과 상면)은 각각 제1 접촉단자(72)와 제2 접촉단자(73)에 접촉될 수 있다. 이때 배터리(10)의 측면부(71)가 리셋 스위치(41)의 도전성 가동부재(31)를 두 개의 고정단자(32, 33) 쪽으로 눌러 이동시킴으로써, 두 개의 고정단자(32, 33) 사이를 단락시킬 수 있는 구조로 되어 있다. 배터리(10)가 하우징(700)에 수납된 상태에서는 두 개의 고정단자(32, 33) 사이가 언제나 단락된 상태를 유지하지만, 도 6의 리셋회로(120)에 포함된 커패시터(42)에 의해, 일정시간이 지나면 리셋회로(120)의 양 단(15, 16) 사이는 전기적으로 개방된 상태로 될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 도 8a에 나타낸 하우징(700)이 변형된 형태의 하우징(700)을 나타낸다. 도 9a의 배터리(10)는 원통형을 하고 있으며, 측면부(71)가 상면과 하면에 비하여 넓은 형상을 가질 수 있다. 배터리의 종횡 형상이 다를 뿐이며, 도 9와 도 8에 나타낸 하우징(700)의 구성 원리는 동일하다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따라 배터리(10)와 배터리 보호장치(100)를 연결하는 하우징(700)의 구조의 다른 예를 나타낸 것이다.
도 10a는 하우징(700)의 정면 투시도이며, 도 10b는 하우징(700)의 측면 투시도를 나타낸다. 도 10a에서 배터리(10)는 좁은 측면부(71)와 넓은 상하면을 갖고 있는 코인 타입의 배터리이다. 이때, 예컨대 배터리(10)의 상면과 하면은 각각 양극(+)과 음극(-), 또는 음극(-)과 양극(+)일 수 있다. 하우징(700)은 제1 접촉단자(72), 제2 접촉단자(73), 및 리셋 접촉단자(74)를 포함할 수 있다. 이때, 배터리(10)가 하우징(700)에 수납되면 배터리의 상면과 하면(또는 하면과 상면)은 각각 제1 접촉단자(72)와 제2 접촉단자(73)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 하면(또는 상면)은 리셋 접촉단자(74)에도 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 배터리(10)가 하우징(700)에 수납되기 이전에는 제2 접촉단자(73)와 리셋 접촉단자(74) 사이가 전기적으로 개방(open)되어 있다. 그러나 배터리(10)의 하면(또는 상면)은 도전성 소재로 되어 있기 때문에, 배터리(10)가 하우징(700)에 수납된 이후에는 제2 접촉단자(73)와 리셋 접촉단자(74)가 상기 하면(또는 상면)에 의해 서로 단락된다. 이때, 제2 접촉단자(73)와 리셋 접촉단자(74)는 각각 도 6에 도시한 제1 단자(15)와 단자(13)에 전기적으로 직접 연결되도록 되어 있다. 즉, 제2 접촉단자(73)와 리셋 접촉단자(74)가 리셋회로(120)의 리셋 스위치(41)를 구성한다.
또한, 도 10c와 도 10d는 각각, 배터리(10)가 하우징(700)에 삽입된 상태에서의 정면 투시도와 측면 투시도이다. 이때, 리셋 접촉단자(74)의 길이가 제1 접촉단자(72)와 제2 접촉단자(73)의 길이보다 짧게 형성되어 있을 수 있다. 이 경우 배터리(10)가 하우징(700)에 삽입되는 과정에서, 배터리(10)의 양극이 배터리 보호장치(100)에 먼저 연결이 되고, 그 이후 제2 접촉단자(73)와 리셋 접촉단자(74)가 상기 하면(또는 상면)에 의해 서로 단락된다. 따라서 배터리(10)의 두 개의 전극이 배터리 보호장치(100)에 연결된 이후에야 리셋회로(120)가 작동하게 된다.
도 11a와 도 11b는 도 7a의 리셋회로(120)에서, 리셋 스위치(41)의 누름동작 시 단자(13)의 전압파형을 나타내는 그래프이다. 이때, 도 11a은 부하단의 저항이 비교적 작은 경우이고, 도 11b는 부하단의 저항이 비교적 큰 경우를 가정하여 시뮬레이션한 그래프이다.
도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이, 초기 과도상태 동안 부하단을 통해 배터리의 전압이 인가되어 일정 구간(61) 동안 커패시터(42)가 충전되고, 시점(62) 이후에는 정상상태를 유지하는 것을 보여주고 있다. 즉, 과도상태 동안 리셋회로(120)는 충전을 위해 단락형태로 동작하고 이후 개방상태가 된다. 이러한 동작으로 인해 배터리 보호장치(100)가 웨이크-업 되고 이로 인해 전체 시스템은 정상동작을 수행하게 된다.
도 11a를 도 11b와 비교하여 설명하면, 부하단에 연결된 저항성분이 큰 경우 충전에 소요되는 시간이 증가됨을 알 수 있다. 따라서 시스템 전체의 저항성분을 선정하고 이를 통해 커패시터의 용량을 적절히 선정하면 원하는 과도시간을 확보할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.

Claims (13)

  1. 배터리 보호장치의 리셋을 위한 한 쌍의 리셋 단자; 및
    상기 한 쌍의 리셋 단자 사이에 서로 직렬 연결된 리셋 스위치와 커패시터
    를 포함하며,
    상기 한 쌍의 리셋 단자 사이에는 정전압이 인가되며,
    상기 커패시터는 상기 리셋 스위치가 온(on) 상태를 갖는 정상상태 구간에서 상기 리셋 스위치를 통해 흐르는 전류를 차단하도록 되어 있는,
    배터리 보호장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 리셋 단자 사이를 일시적으로 단락시킨 후 개방시키면 상기 배터리 보호장치가 초기화되어 정상적으로 동작하도록 되어 있는, 배터리 보호장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리를 고정시키는 홀더를 더 포함하며,
    상기 리셋 스위치는, 상기 배터리가 상기 홀더에 결합되었을 때에 상기 배터리의 측면부에 눌려 작동하도록 상기 홀더의 측면에 설치되어 있는,
    배터리 보호장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리를 고정시키기 위한 홀더로서, 적어도 두 개의 접촉단자를 포함하는 홀더를 더 포함하며,
    상기 두 개의 접촉단자는, 상기 배터리가 상기 홀더와 분리되어 있을 때에는 서로 전기적으로 개방되어 있고, 상기 배터리가 상기 홀더에 결합되었을 때에는 상기 배터리 표면의 도전성 소재에 의해 서로 단락되도록 되어 있으며,
    상기 두 개의 접촉단자가 상기 리셋 스위치의 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 보호장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 보호장치에 배터리가 연결되기 전에는 상기 리셋 스위치가 오프 상태를 유지하고, 상기 배터리 보호장치에 배터리가 연결된 후에는 상기 리셋 스위치가 온 상태를 유지하는, 배터리 보호장치.
  6. 배터리와 결합하여 배터리 팩을 구성하는 배터리 보호장치로서,
    상기 배터리의 일 전극에 직접 연결되는 제1 단자;
    상기 배터리 팩의 일 전극에 직접 연결되는 제2 단자;
    상기 배터리가 상기 배터리 보호장치에 결합되었을 때에 상기 배터리 보호장치를 웨이크-업하기 위한 리셋 스위치; 및
    커패시터;
    를 포함하며,
    상기 리셋 스위치와 상기 커패시터는 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 직렬로 연결되어 있고,
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에는 정전압이 인가되며,
    상기 커패시터는 상기 리셋 스위치가 온(on) 상태를 갖는 정상상태 구간에서 상기 리셋 스위치를 통해 흐르는 전류를 차단하도록 되어 있는,
    배터리 보호장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에는 상기 배터리에 흐르는 충방전 전류를 제어하기 위한 전압 구동형 스위치가 구비되어 있는, 배터리 보호장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 배터리를 고정시키는 홀더를 더 포함하며,
    상기 리셋 스위치는, 상기 배터리가 상기 홀더에 결합되었을 때에, 상기 배터리의 측면부에 눌려 작동하도록 상기 홀더의 측면에 설치되어 있는,
    배터리 보호장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 리셋 스위치는 도전성 가동부재 및 서로 이격되어 배치된 두 개의 고정단자를 포함하며,
    상기 배터리가 상기 홀더에 결합되지 않은 경우 상기 두 개의 고정단자 사이가전기적으로 개방되어 있고, 상기 배터리가 상기 홀더에 결합된 경우에는 상기 도전성 가동부재가 상기 두 개의 고정단자와 전기적으로 접촉됨으로써 상기 두 개의 고정단자 사이가 단락되도록 되어 있는,
    배터리 보호장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 두 개의 고정단자 중 한 개는 상기 배터리의 일 단자에 전기적으로 직접 연결되도록 되어 있고, 다른 한 개는 상기 커패시터의 일 단자에 전기적으로 직접 연결되도록 되어 있는, 배터리 보호장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 배터리를 고정시키기 위한 홀더로서, 적어도 두 개의 접촉단자를 포함하는 홀더를 더 포함하며,
    상기 두 개의 접촉단자는, 상기 배터리가 상기 홀더와 분리되어 있을 때에는 서로 전기적으로 개방되어 있고, 상기 배터리가 상기 홀더에 결합되었을 때에는 상기 배터리 표면의 도전성 소재에 의해 서로 단락되도록 되어 있으며,
    상기 두 개의 접촉단자가 상기 리셋 스위치의 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 보호장치.
  12. 배터리의 충방전을 제어하기 위한 IC와 상기 IC에 의해 충방전 전류의 흐름을 제어하는 한 개 이상의 스위치를 포함하는 배터리 보호장치; 및
    상기 배터리 보호장치를 초기화하기 위하여, 서로 직렬 연결된 리셋 스위치와 커패시터를 포함하는 리셋회로;
    를 포함하며,
    상기 리셋회로의 양 단은 상기 배터리 보호장치의 리셋 단자에 연결되어 있고,
    상기 배터리 보호장치에 상기 배터리가 연결되기 전에는 상기 리셋 스위치가 오프 상태를 유지하고, 상기 배터리 보호장치에 상기 배터리가 연결된 후에는 상기 리셋 스위치가 온 상태를 유지하는,
    배터리 착탈형 보호회로.
  13. 제12항에 있어서, 상기 리셋회로는 상기 배터리의 일 전극과 상기 배터리와 상기 배터리 보호장치에 의해 제공되는 배터리 팩의 일 전극 사이에 연결되어 있는, 배터리 착탈형 보호회로.
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