KR101975393B1

KR101975393B1 - 외장 배터리

Info

Publication number: KR101975393B1
Application number: KR1020130043022A
Authority: KR
Inventors: 이석봉; 최지연; 김영미
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2019-05-07
Also published as: US20140312849A1; KR20140125178A

Abstract

본 발명에서는 외장 배터리가 제공된다. 상기 외장 배터리는 배터리;
충전기로부터 입력단에 공급된 외부 전원을 상기 배터리에 공급하는 충전부; 상기 배터리의 출력 전압을 다른 크기의 전압으로 변환하여 출력단으로 전달하는 DC-DC 변환부; 상기 DC-DC 변환부의 출력 전류를 이용하여 상기 배터리의 방전 과전류를 감지하는 MCU; 및 상기 MCU에 의해 제어되며, 상기 배터리와 상기 DC-DC 변환부 사이에 배치될 수 있다.

Description

외장 배터리{External battery}

본 발명의 실시예들은 외장 배터리의 보호회로 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외장 배터리 출력단의 방전 과전류를 방지하기 위한 보호회로에 관한 것이다.

근래에 사용하는 전자기기들, 예컨대 노트북, 휴대폰, PDA 등은 휴대하여 사용할 수 있도록 개발되었다. 이러한 휴대용 전자기기들은 사용에 필요한 전기에너지를 주로 배터리를 통해서 공급받고 있다. 근래의 휴대용 전자기기는 그 고유의 기능뿐만 아니라, 다른 기능들이 점차 부가되어 하나의 휴대용 전자기기만으로도 여러 가지 기능을 수행할 수 있도록 그 기능이 다양화되고 있는 추세이다. 그러므로 사용에 필요한 전기에너지도 점점 증가하고 있으며, 이에 따라 더 큰 용량의 기본 배터리가 필요하게 되었다.

이를 위해 휴대용 전자기기에 부착되어 사용되지 않고 휴대하여 가지고 다닐 수 있는 외장형 배터리가 개발되었다.

도 1은 종래의 외장형 배터리의 구성을 개략적으로 나타낸 블록다이어그램이다.

도 1을 참조하면, 외장 배터리(30)의 입력단(31)은 충전기(10)로부터 외부 전원을 공급받는다. MCU(32)는 입력단(31)의 전압을 센싱하여 충전기(10)의 종류를 파악하고 상기 충전 IC(33)의 출력 전류를 제어하며, 충전 IC(33)는 출력 전류를 배터리(34)에 공급한다. 또한, MCU(32)는 배터리(34)의 전압을 센싱하여 표시부(37)를 통해 표시한다. 배터리(34)로부터 출력된 전압은 DC-DC 변환부(35)를 통해 승압되어 출력단(36)을 통해 외부기기(20)에 공급된다

외장형 배터리에 내장되는 배터리(34)로는 보통 충방전이 가능한 이차 전지를 채용된다. 이러한 이차 전지는 전극조립체와 전해액이 수용된 캔을 밀봉한 상태의 배터리(34a)과 PCM 회로(34b)가 전기적으로 연결되어 형성된다. 상기 PCM 회로(34b)는 베어셀(34a)의 충방전을 제어하면서 과충전, 과방전, 과방전 전류등을 방지하여 베어셀(34a)을 보호하는 역할을 한다.

그러나, 상기와 같은 구조로는 PCM 회로(34b)에 의해 베어셀(34a)의 방전 과전류는 방지할 수 있으나, DC-DC 변환부(35)에서 전압이 승압되는 과정에서 발생하는 과전류를 방지하지 못하는 문제점이 있다. DC-DC 변환부(35)에서 발생하는 방전 과전류를 제어하지 못하는 경우 외부 배터리(34)에 열이 발생할 수 있으며, 외부 배터리와 연결된 외부기기(20)에 과전류가 공급되어 오작동을 일으킬 위험이 있다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 외장 배터리의 출력단의 방전 과전류를 방지할 수 있는 외장 배터리 제안하고자 한다.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 배터리; 충전기로부터 입력단에 공급된 외부 전원을 상기 배터리에 공급하는 충전부; 상기 배터리의 출력 전압을 다른 크기의 전압으로 변환하여 출력단으로 전달하는 DC-DC 변환부; 상기 DC-DC 변환부의 출력 전류를 이용하여 상기 배터리의 방전 과전류를 감지하는 MCU; 및 상기 MCU에 의해 제어되며, 상기 배터리와 상기 DC-DC 변환부 사이에 배치되는 스위치부를 포함하는 외장 배터리가 제공된다.

상기 DC-DC 변환부와 상기 출력단 사이에 배치되며, 상기 DC-DC 변환부의 출력 전류를 센싱하는 전류 센싱부를 더 포함할 수 있다.

상기 MCU는 상기 센싱되는 DC-DC 변환부의 출력 전류가 과방전 전류에 도달하는 경우 상기 스위치부를 오프시켜 상기 배터리에서 상기 DC-DC 변환부로 공급되는 출력 전압을 차단할 수 있다.

상기 MCU는 상기 센싱되는 DC-DC 변환부의 출력 전류가 상기 과방전 전류 이하로 떨어지는 경우, 상기 스위치부를 온 시킬 수 있다.

상기 전류 센싱부는 전류검출저항(Current Shunt Resistor)를 포함할 수 있다.

상기 MCU는 상기 입력단의 전압을 이용하여 상기 입력단에 연결된 충전기의 사양을 확인하고, 상기 충전기의 사양에 따른 최대충전전류를 상기 배터리에 공급하도록 상기 충전부를 제어할 수 있다.

상기 배터리의 용량을 표시하는 표시부를 더 포함하며, 상기 MCU는 상기 배터리의 전압을 이용하여 상기 표시부를 제어할 수 있다.

상기 DC-DC 변환부는 상기 배터리로부터 출력되는 전압을 승압시켜 상기 출력단으로 전달할 수 있다.

상기 MCU는 상기 배터리의 출력 전압이 과방전 방지 전압에 도달하면, 상기 스위치부를 오프시켜 상기 배터리의 출력 전압을 차단할 수 있다.

상기 배터리의 출력 전압이 과방전 방지 전압 이상으로 올라가면 상기 스위치부를 온 시킬 수 있다.

상기 입력단과 상기 충전부 사이에 배치되는 과충전 방지 스위치부를 더 포함하며, 상기 MCU는 상기 배터리의 출력 전압이 과충전 방지 전압에 도달하면, 상기 과충전 방지 스위치부를 오프시켜 상기 입력단으로부터 상기 충전부에 공급되는 외부 전원을 차단할 수 있다.

상기 MCU는 상기 배터리의 출력 전압이 과충전 방지 전압 이하로 떨어지면 상기 과충전 방지 스위치부를 온 시켜 상기 입력단으로부터 상기 충전부로 외부 전원이 공급되도록 할 수 있다.

상기 배터리에 전기적으로 연결되며, 상기 배터리의 과충전, 과방전, 방전 과전류 중 적어도 하나를 제어하는 PCM 회로를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 외장 배터리의 출력단에 흐르는 방전 과전류를 제어하여 외장 배터리를 보호할 수 있다.

도 1은 종래의 외장형 배터리의 구성을 개략적으로 나타낸 블록다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외장 배터리의 블록다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 외장 배터리의 블록다이어그램이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외장 배터리의 블록다이어그램이다.

도 2를 참조하면, 외장 배터리(200)는 MCU(201), 입력단(203), 충전부(205), 배터리(207), DC-DC 변환부(209) 및 출력단(211)을 포함할 수 있다.

MCU(201)는 외장 배터리(200) 내의 구성을 전반적으로 제어하며 이하 다른 구성들과 함께 MCU(201)의 동작원리에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다.

입력단(203)은 충전기(10)의 단자와 연결되는 부분으로서 충전기로(10)부터 공급되는 외부 전원을 충전부(205)에 전달한다. 입력단(201)은 충전기(10)에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

충전부(205)는 입력단(203)으로부터 공급되는 외부 전원을 이용하여 충전 전류를 생성한 후 이를 배터리(207)에 공급하여 배터리(207)가 충전되도록 한다. 충전부(205)에서 출력되는 최대충전전류의 크기는 입력단(203)에 연결되는 충전기(205)의 사양에 따라 달라질 수 있다. 따라서, MCU(203)는 입력단(203)에 흐르는 전압을 센싱하여 충전기(205)의 사양을 판별하고, 상기 충전기(10)의 사양에 따른 최대충전전류가 충전부(205)에서 출력되도록 충전부(205)를 제어할 수 있다.

배터리(207)는 베어셀(207a) 및 베어셀(207a)에 전기적으로 연결되어 형성되는 PCM 회로(207b)를 포함할 수 있다.

베어셀(207a)은 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 리듐 전해질에 함침된 상태로 전지 케이스 내부에 밀봉되어 있는 충방전이 가능한 전지셀이다. 이러한, 전극 조립체는 양면에 활물질이 도포되어 있는 긴 시트형의 양극과 음극을 분리막을 개재시킨 상태에서 둥글게 권취한 젤리-롤 구조(권취형)와, 활물질이 양면에 도포된 소정 크기의 양극과 음극 다수 개를 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 구조가 일반적이다.

베어셀(207a)로는 전지의 형태에 따라 금속캔의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 원통형 및 각형과, 알루미늄 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 베어셀들이 모두 사용될 수 있다. 또한, 베어셀(207a)은 둘 이상의 베어셀들이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 있는 구조일 수 있다.

베어셀(207a)에 전기적으로 연결되는 PCM 회로(207b)는 베어셀(207a)의 과충전 전압, 과방전 전압, 방전 과전류를 제어하여 베어셀(207a)을 보호한다. PCM 회로(207b)는 본 발명의 주요한 구성이 아니므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

DC-DC 변환부(209)는 배터리(207)로부터 출력되는 전압을 외부기기(30)의 구동을 위한 크기의 전압으로 변환하여 출력단(211)으로 전달한다.

출력단(211)은 외부기기(20)와 연결되어, 배터리(207)로부터 공급되는 전기 에너지를 외부기기(20)로 전달하는 역할을 한다. 출력단(211)의 형태는 외부기기(20)에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

표시부(213)는 배터리(207)의 용량을 표시하는 부분으로서, MCU(201)는 배터리(207)의 전압을 이용하여 표시부(213)를 제어할 수 있다.

DC-DC 변환부(209)는 외부기기(20)가 요구하는 전압을 공급하기 위해 배터리(207)에서 출력되는 전압을 승압시키는 구성으로서, 전압이 승압되는 과정에서 과전류가 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명의 MCU(201)는 DC-DC 변환부(209)의 출력 전류를 이용하여 출력단(211)에 흐르는 과전류를 감지하고, 배터리(207)와 DC-DC 변환부(209)사이에 배치되는 스위치부(231)를 제어한다. 스위치부(231)는 도 2에 도시된 바와 같이 트랜지스터로 구현될 수 있으나 이에 한정되지는 않음은 물론이다.

DC-DC 변환부(209)의 출력 전류를 센싱하기 위해, DC-DC 변환부(209)와 출력단(211) 사이에는 전류 센싱부(221)가 배치된다.

전류 센싱부(221)는 DC-DC 변환부(209)에서 출력되는 전류의 크기를 센싱하여 MCU(201)로 전달한다. 도 3에 도시된 바와 같이 전류 센싱부(221)은 전류검출저항(Current Shunt Resistor)를 포함할 수 있다.

전류 센싱부(221)는 전류검출저항의 양단의 전위차를 이용하여 DC-DC 변환부(209)에 흐르는 전류를 센싱 할 수 있다.

MCU(201)는 전류 센싱부(221)로부터 전달된 출력 전류가 과방전 전류에 도달하는 경우 스위치부(231)를 오프시켜 배터리(207)로부터 DC-DC 변환부(209)에 공급되는 출력 전압을 차단한다.

또한, MCU(201)는 전류 센싱부(221)로부터 전달된 출력 전류가 과방전 전류 이하로 떨어지는 경우, 스위치부(231)를 온 시켜 배터리(207)로부터 DC-DC 변환부(209)에 출력 전압이 공급되도록 한다.

즉, 본 발명의 MCU(201)는 DC-DC 변환부(209)의 출력 전류를 이용하여 스위치부(231)를 제어하여 DC-DC 변환부(209)에서의 전압의 승압 과정에서 발생하는 방전 과전류의 발생을 차단함으로써 외장 배터리(200)의 출력단을 보호할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, MCU(201)는 배터리(207)의 전압을 센싱하는 전압 센싱부(223)로부터 전달된 배터리(207)의 출력 전압이 과방전 방지 전압에 도달하면 스위치부(231)를 오프시켜 배터리의 출력 전류를 차단할 수 있다. 또한, MCU(201)는 수신된 출력 전압이 과방전 방지 전압 이상으로 올라가면 스위치부(231)를 온 시켜 배터리(207)로부터 DC-DC 변환부(209)에 출력 전압이 공급되도록 한다. 즉, PCM 회로(207b)에 이상이 발생하여 PCM 회로(207b)가 배터리(207)의 과방전 전압을 제어하지 못하는 경우에도 MCU(201)를 이용하여 배터리(207)의 과방전을 이중으로 제어할 수 있는 효과가 있다. 또한, MCU(201)는 펌웨어로 스펙을 변경할 수 있으므로 PCM에 설정된 과방전 방지 전압과 다른 값을 갖는 과방전 방지 전압을 이용하여 배터리(207)의 과방전을 제어할 수도 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 외장 배터리의 블록다이어그램이다.

도 3에 도시된 구성은 과충전 방지 스위치부(323)의 구성을 제외하고는 도 2와 모두 동일한 구성으로서, 동일한 구성에 대해서는 중복되는 설명을 생략하도록 한다.

도 3을 참조하면, 입력단(203)과 충전부(205) 사이에 과충전 방지 스위치부(323)가 배치될 수 있다. MCU(201)는 전압 센싱부(223)에서 센싱된 배터리(207)의 출력 전압이 과충전 방지 전압에 도달하면 과충전 방지 스위치부(323)을 오프시켜 입력단(203)으로부터 충전부(205)에 공급되는 외부 전원을 차단할 수 있다. 또한, MCU(201)는 배터리(207)의 출력 전압이 과충전 방지 전압 이하로 떨어지는 경우 과충전 방지 스위치부(323)을 온 시켜 입력단(203)으로부터 충전부(205)로 외부 전원이 공급되도록 할 수 있다.

따라서, PCM 회로(207b)의 이상으로 PCM 회로(207b)가 배터리(207)의 과충전 전압을 제어하지 못하는 경우에도 MCU(201)를 이용하여 배터리(207)의 과충전을 이중으로 제어할 수 있다. 또한, MCU(201)는 펌웨어로 스펙을 변경할 수 있으므로 PCM 회로(207b)에 설정된 과충전 방지 전압과 다른 값을 갖는 과충전 방지 전압을 이용하여 배터리(207)의 과충전을 제어할 수도 있을 것이다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 충전기 201: MCU
203: 입력단 205: 충전부
207: 베어셀 209: DC-DC 변환부
211: 출력단 213: 표시부
221: 전류 센싱부 231: 스위치부

Claims

적어도 하나의 베어셀, 및 상기 적어도 하나의 베어셀의 과충전, 과방전 또는 방전 과전류 중 적어도 하나를 제어함으로써 상기 적어도 하나의 베어셀을 보호하는 보호 회로 모듈(PCM) 회로를 포함하는 배터리;
충전기로부터 입력단으로 공급되는 외부 전력을 배터리에 공급하는 충전부;
상기 배터리의 출력 전압을 다른 크기의 전압으로 변환하고, 상기 다른 크기의 전압을 출력단으로 전달하는 DC-DC 변환부;
상기 배터리와 상기 DC-DC 변환부 사이에 배치되는 스위치부;
상기 DC-DC 변환부의 출력 전류를 감지하기 위해 상기 DC-DC 변환부와 상기 출력단 사이에 배치되는 전류 센싱부;
상기 전류 센싱부를 이용하여 감지되는 상기 DC-DC 변환부의 상기 출력 전류를 기초로, 상기 DC-DC 변환부의 방전 과전류를 결정하고 상기 DC-DC 변환부의 상기 출력 전류가 상기 방전 과전류에 대응할 때 상기 스위치부를 제어하는 MCU(Main Controller Unit)를 포함하고,
상기 MCU는 상기 방전 과전류가 결정될 때 상기 배터리로부터 상기 DC-DC 변환부로의 전력을 차단하도록 상기 스위치부를 제어하는 것을 특징으로 하는 외장 배터리.
제1항에 있어서,
상기 MCU는 상기 입력단의 전압을 이용하여 상기 입력단에 접속되는 상기 충전기의 사양을 판별하고, 상기 충전기의 사양에 따라서 최대충전전류를 상기 배터리에 공급하도록 상기 충전부를 제어하는 것을 특징으로 하는 외장 배터리.
제2항에 있어서,
상기 MCU는 상기 DC-DC 변환부의 상기 출력 전류가 상기 방전 과전류까지 올라가면 상기 배터리로부터 상기 DC-DC 변환부에 입력되는 상기 배터리의 출력 전압을 차단하기 위해 상기 스위치부를 오프 시키는 것을 특징으로 하는 외장 배터리.
제3항에 있어서,
상기 MCU는 상기 DC-DC 변환부의 출력 전류가 상기 방전 과전류 이하로 내려가면 상기 배터리의 출력 전압이 상기 DC-DC 변환부에 입력되도록 상기 스위치부를 온 시키는 것을 특징으로 하는 외장 배터리.
제1항에 있어서,
상기 전류 센싱부는 전류검출저항(Current Shunt Resistor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외장 배터리.
삭제
제1항에 있어서,
상기 배터리의 용량을 표시하는 표시부를 더 포함하며, 상기 MCU는 상기 배터리의 출력 전압을 이용하여 상기 표시부를 제어하는 것을 특징으로 하는 외장 배터리.
제1항에 있어서,
상기 DC-DC 변환부는 상기 배터리의 출력 전압을 승압시켜 상기 출력단으로 전달하는 것을 특징으로 하는 외장 배터리.
제1항에 있어서,
상기 MCU는 상기 배터리의 출력 전압이 과방전 방지 전압까지 내려가면 상기 배터리의 출력 전류를 차단하기 위해 상기 스위치부를 오프시키는 것을 특징으로 하는 외장 배터리.
제9항에 있어서, 상기 MCU는 상기 배터리의 출력 전압이 상기 과방전 방지 전압 이상으로 올라가면 상기 스위치부를 온 시키는 것을 특징으로 하는 외장 배터리.
제1항에 있어서,
상기 입력단과 상기 충전부 사이에 배치되는 과충전 방지 스위치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외장 배터리.
제11항에 있어서,
상기 MCU는 상기 배터리의 출력 전압이 과충전 방지 전압까지 올라가면 상기 입력단으로부터 상기 충전부에 공급되는 상기 충전기의 전원을 차단하기 위해 상기 과충전 방지 스위치부를 오프 시키는 것을 특징으로 하는 외장 배터리.
제12항에 있어서,
상기 MCU는 상기 배터리의 출력 전압이 과충전 방지 전압 이하로 내려가면 상기 입력단으로부터 상기 충전기의 전원이 상기 충전부에 공급되도록 상기 과충전 방지 스위치부를 온 시키는 것을 특징으로 하는 외장 배터리.