KR102045999B1 - 배터리 보호 장치 - Google Patents

Abstract

배터리 보호 IC를 2개를 물리적으로 서로 분리된 2개의 기판에 각각 탑재하여, 하나의 보호 IC에서 이상이 생겨도 배터리를 보호할 수 있는 보호 장치 및 방법을 제공한다.

Description

배터리 보호 장치 {Apparatus for battery protection}

본 발명은 배터리 보호 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배터리 보호 IC를 서로 다른 기판에 형성하여, 하나의 배터리 보호 IC에 문제가 발생하더라도 배터리 보호가 가능한 배터리 보호 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 휴대폰, PDA 등이 휴대단말기 등에 배터리가 사용되고 있다. 리튬이온 배터리는 휴대단말기 등에 가장 널리 사용되는 배터리로 과충전, 과전류시에 발열하고, 발열이 지속되어 온도가 상승하게 되면 성능열화는 물론 폭발의 위험성까지 갖는다.

따라서, 통상의 배터리에는 과충전, 과방전 및 과전류를 감지하고 차단하는 보호회로 모듈이 실장되어 있거나, 배터리 외부에서 과충전, 과방전, 발열을 감지하고 배터리의 동작을 차단하는 보호회로를 설치하여 사용한다.

종래의 보호회로는 하나의 IC 칩과 Resettable fuse를 포함하여 구성되어 있으며, 상기 IC 칩은 배터리의 과충전, 과방전, 과전류 및 쇼트를 방지하고, Resettable fuse는 과전류 및 과온을 방지하였다.

그러나 이와 같은 종래의 보호회로의 Resettable fuse는 온도에 따라 종단 전류 값이 달라지는 특징을 이용하여, 배터리의 과온을 방지하였는데, 실질적으로 배터리의 손상 온도는 60~90도 사이인데 비해 Resettable fuse는 90~120 사이에서 배터리의 과온을 감지하여 출력을 차단하게 되므로, 배터리의 보호 효과가 미비하였다.

따라서, 본 발명에서는 종래의 Resettable fuse를 IC로 대체하여 배터리 과온에 따라, 배터리의 출력을 차단하는 장치 및 방법을 제안한다.

본 발명은 배터리 보호 장치 및 방법을 제공한다.

보다 구체적으로는 배터리 보호 IC를 2개를 물리적으로 서로 분리된 2개의 기판에 각각 탑재하여, 하나의 보호 IC에서 이상이 생겨도 배터리를 보호할 수 있는 보호 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 과충전, 과방전, 과전류 및 과열을 방지하는 배터리 보호장치는, 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하는 제1 보호부, 배터리의 과전류 및 과온을 방지하는 제2 보호부, 상기 제1 보호부가 형성되어 있는 제1 기판, 상기 제2 보호부가 형성되어 있는 제2 기판, 기설정된 과충전 한계 전압 값, 과방전 한계 전압 값, 과전류 한계 전류 값, 온도 한계 값이 저장되어 있는 저장부 및 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 제1 FET 및 제2 FET를 포함하여 구성되며, 상기 제1 기판 및 제2 기판은 서로 물리적으로 분리되어 구성될 수 있다.

상기 저장부는, 제1 보호부 및 제2 보호부에 각각 구비되거나, 제1 보호부와 제2 보호부와는 별도로 구비되어, 제1 보호부 및 제2 보호부에 연결되어 구성될 수 있다.

상기 제1 보호부는, 배터리의 셀 및 배터리 전체 전압을 측정하는 전압 센싱 블록, 상기 전압 센싱 블록에서 측정된 전압 값과 저장부에 기저장된 과충전 한계 전압 값 및 과방전 한계 전압 값을 비교하는 제1 비교부. 상기 제1 비교부의 결과에 따라 제1 FET를 제어하는 제1 FET 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제2 보호부는, 배터리 셀 및 배터리 전체의 전류를 측정하는 전류 센싱 블록, 배터리 셀 및 배터리 전체의 온도를 측정하는 온도 센싱 블록, 상기 전류 센싱 블록에서 측정된 전류 값 및 온도 센싱 블록에서 측정된 온도 값을 저장부에 기저장된 과전류 한계 전류 값 및 온도 한계 값과 비교하는 제2 비교부, 상기 제2 비교부의 결과에 따라 제2 FET를 제어하는 제2 FET 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 비교부는 상기 전압 센싱 블록에서 측정된 전압 값과 저장부에 기저장 되어 있는 과충전 한계 전압 값 및 과방전 한계 전압 값을 비교하여, 상기 측정된 전압 값이 기저장된 과충전 한계 전압 값 이상이면 과충전 상태로 판단하여 제1 FET 제어부로 충전 차단 신호를 전송하고, 측정된 전압 값이 기저장된 과방전 한계 전압 값 이하이면 과방전 상태로 판단하여 제2 FET 제어부로 방전 차단 신호를 전송할 수 있다.

상기 제2 비교부는, 상기 전류 센싱 블록에서 측정된 전류 값과 저장부에 기저장 되어 있는 과전류 한계 값을 비교하여, 상기 측정된 전류 값이 기저장된 과전류 한계 전류 값 이상이면, 과전류 상태로 판단하여 제2 FET 제어부로 충방전 차단 신호를 전송하고, 상기 온도 센싱 블록에서 측정된 온도 값과 저장부에 기저장 되어 있는 온도 한계 값을 비교하여, 측정된 온도 값이 기저장된 온도 한계 값 이상이면, 과열 상태로 판단하여 제2 FET 제어부로 충방전 차단 신호를 전송할 수 있다.

본 발명은 두 개의 보호 IC를 서로 다른 기판에 형성함으로써, 하나의 보호 IC에 문제가 발생하더라도, 배터리를 보호할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호장치의 구체적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 보호장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 보호 장치의 구체적인 구성도이다.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 예시적 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호장치의 구성은 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하는 제1 보호부(110), 과전류 및 과온을 방지하는 제2 보호부(210), 상기 제1 보호부(110)가 형성되어 있는 제1 기판(100), 상기 제2 보호부(210)가 형성되어 있는 제2 기판(200)을 포함하여 구성되며, 상기 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)은 서로 물리적으로 분리되어 구성될 수 있다.

한편, 상기 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)을 서로 물리적으로 분리하여 구성하면, 배터리에 문제가 생겨 제1 보호부(110) 및 제2 보호부(210) 중 어느 하나의 보호부가 정상 동작하지 못하게 되더라도, 다른 하나의 보호부는 정상 동작하여 배터리의 안정성을 확보할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호장치의 구체적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호장치의 제1 보호부(110)는 서로 물리적으로 분리되어 있는 제1 기판(100) 상에 배터리의 전압을 측정하는 전압 센싱 블록(111), 기설정된 과충전 한계 전압 값 및 과방전 한계 전압 값이 저장되어 있는 제1 저장부(112), 상기 전압 센싱 블록(111)에서 측정된 배터리의 전압과 상기 제1 저장부(112)에 저장되어 있는 기설정된 과충전 한계 전압 값 및 과방전 한계 전압 값을 비교하는 제1 비교부(113), 상기 제1 비교부(113)의 결과에 따라 제1 FET(120)를 제어하는 제1 FET 제어부(114)를 포함하여 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 전압 센싱 블록(111)은 배터리 셀 각각의 전압 및 배터리 전체의 전압을 측정할 수 있으며, 이와 같이 측정된 배터리 셀 각각의 전압 및 배터리 전체의 전압은 상기 제1 비교부(113)로 전송될 수 있다.

한편, 상기 제1 비교부(113)는 상기 전압 센싱 블록(111)에서 측정된 전압과 제1 저장부(112)에 기저장 되어 있는 과충전 한계 전압 값 및 과방전 한계 전압 값을 비교하여, 측정된 전압 값이 제1 저장부(112)에 기저장된 과충전 한계 전압 값 이상인 경우, 과충전 상태로 판단하여 제1 FET 제어부(114)로 충전 차단 신호를 전송하고, 측정된 값이 제1 저장부(112)에 기저장된 과방전 한계 전압 이하인 경우, 과방전 상태로 판단하여 제1 FET 제어부(114)로 방전 차단 신호를 전송할 수 있다.

한편, 상기 충전 차단 신호 또는 방전 차단 신호를 수신한 제1 FET 제어부(114)는 제1 FET(120)를 조작하여, 배터리의 충전 및 방전을 차단할 수 있다.

한편, 제2 보호부(210)는 상기 제1 기판(100)과 물리적으로 분리되어 있는 제2 기판(200) 상에 배터리의 전류를 측정하는 전류 센싱 블록(211), 배터리의 온도를 측정하는 온도 센싱 블록(212), 기설정된 과전류 한계 전류 값 및 온도 한계 값이 저장되어 있는 제2 저장부(213), 상기 전류 센싱 블록(111)에서 측정된 배터리의 전류 및 상기 온도 센싱 블록(212)에서 측정된 배터리의 온도와 상기 제2 저장부(213)에 저장되어 있는 기설정된 한계 전류 값 및 한계 온도 값을 비교하는 제2 비교부(214), 상기 제2 비교부(214)의 결과에 따라 제2 FET(220)를 제어하는 제2 FET 제어부(215)를 포함하여 구성될 수 있다.

보다 구체적으로 상기 전류 센싱 블록(211)은 배터리 셀 각각의 전류 및 배터리 전체의 전류를 측정할 수 있고, 상기 온도 센싱 블록(212)은 배터리 셀 각각의 온도 및 배터리 전체의 온도를 측정할 수 있으며, 이와 같이 측정된 배터리 셀 각각의 전류 및 온도, 배터리 전체의 전류 및 온도는 상기 제2 비교부(215)로 전송될 수 있다.

한편, 상기 제2 비교부(215)는 상기 전류 센싱 블록에서 측정된 전류 값과 제2 저장부(213)에 기저장 되어 있는 과전류 한계 전류 값을 비교하여, 측정된 전류 값이 제2 저장부(213)에 기저장된 과전류 한계 전류 값 이상인 경우, 과전류 상태로 판단하여 제2 FET 제어부(215)로 충방전 차단 신호를 전송하고, 상기 온도 센싱 블록(212)에서 측정된 온도 값이 제2 저장부(213)에 기저장된 온도 한계 값 이상인 경우, 과열 상태로 판단하여 제2 FET 제어부(215)로 충방전 차단 신호를 전송할 수 있다.

한편, 상기 충방전 차단 신호를 수신한 제2 FET 제어부(215)는 제2 FET(220)를 조작하여, 배터리의 충방전을 차단할 수 있다.

한편, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예의 배터리 보호장치의 구성도이다.

도 3을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시 예의 배터리 보호장치를 설명하면, 배터리 보호장치는 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하는 제1 보호부(110), 과전류 및 과온을 방지하는 제2 보호부(210), 기설정된 과충전 한계 전압 값, 과방전 한계 전압 값, 과전류 한계 전류 값 및 온도 한계 값이 저장되어 있는 저장부(300), 상기 제1 보호부(110)가 형성되어 있는 제1 기판(100), 상기 제2 보호부(210)가 형성되어 있는 제2 기판(200)을 포함하여 구성되며, 상기 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)은 서로 물리적으로 분리되어 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 보호장치의 구체적인 구성도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호장치의 제1 보호부(110)는 상기 제2 기판(200)과 문리적으로 분리되어 있는 제1 기판(100) 상에 배터리의 전압을 측정하는 전압 센싱 블록(111), 상기 전압 센싱 블록(111)에서 측정된 배터리의 전압과 상기 저장부(300)에 저장되어 있는 기설정된 과충전 한계 전압 값 및 과방전 한계 전압 값을 비교하는 제1 비교부(113), 상기 제1 비교부(113)의 결과에 따라 제1 FET(120)를 제어하는 제1 FET 제어부(114)를 포함하여 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 전압 센싱 블록(111)은 배터리 셀 각각의 전압 및 배터리 전체의 전압을 측정할 수 있으며, 이와 같이 측정된 배터리 셀 각각의 전압 및 배터리 전체의 전압은 상기 제1 비교부(113)로 전송될 수 있다.

한편, 상기 제1 비교부(113)는 상기 전압 센싱 블록(111)에서 측정된 전압과 저장부(300)에 기저장 되어 있는 과충전 한계 전압 값 및 과방전 한계 전압 값을 비교하여, 측정된 전압 값이 저장부(300)에 기저장된 과충전 한계 전압 값 이상인 경우, 과충전 상태로 판단하여 제1 FET 제어부(114)로 충전 차단 신호를 전송하고, 측정된 값이 저장부(300)에 기저장된 과방전 한계 전압 이하인 경우, 과방전 상태로 판단하여 제1 FET 제어부(114)로 방전 차단 신호를 전송할 수 있다.

한편, 상기 충전 차단 신호 또는 방전 차단 신호를 수신한 제1 FET 제어부(114)는 제1 FET(120)를 조작하여, 배터리의 충전 및 방전을 차단할 수 있다.

한편, 제2 보호부(210)는 상기 제1 기판(100)과 물리적으로 분리되어 있는 제2 기판(200) 상에 배터리의 전류를 측정하는 전류 센싱 블록(211), 배터리의 온도를 측정하는 온도 센싱 블록(212), 상기 전류 센싱 블록(211)에서 측정된 배터리의 전류 및 상기 온도 센싱 블록(212)에서 측정된 배터리의 온도와 상기 저장부(300)에 저장되어 있는 기설정된 한계 전류 값 및 한계 온도 값을 비교하는 제2 비교부(214), 상기 제2 비교부(214)의 결과에 따라 제2 FET(220)를 제어하는 제2 FET 제어부(215)를 포함하여 구성될 수 있다.

보다 구체적으로 상기 전류 센싱 블록(211)은 배터리 셀 각각의 전류 및 배터리 전체의 전류를 측정할 수 있고, 상기 온도 센싱 블록(212)은 배터리 셀 각각의 온도 및 배터리 전체의 온도를 측정할 수 있으며 이와 같이 측정된 배터리 셀 각각의 전류 및 온도, 배터리 전체의 전류 및 온도는 상기 제2 비교부(214)로 전송될 수 있다.

한편, 상기 제2 비교부(214)는 상기 전류 센싱 블록(211)에서 측정된 전류 값과 저장부(300)에 기저장 되어 있는 과전류 한계 전류 값을 비교하여, 측정된 전류 값이 저장부(300)에 기저장된 과전류 한계 전류 값 이상인 경우, 과전류 상태로 판단하여 제2 FET 제어부(215)로 충방전 차단 신호를 전송하고, 상기 온도 센싱 블록(212)에서 측정된 온도 값이 저장부(300)에 기저장된 온도 한계 값 이상인 경우, 과열 상태로 판단하여 제2 FET 제어부(215)로 충방전 차단 신호를 전송할 수 있다.

한편, 상기 충방전 차단 신호를 수신한 제2 FET 제어부(215)는 제2 FET(220)를 조작하여, 배터리의 충방전을 차단할 수 있다.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 제1 기판
200 : 제2 기판
110 : 제1 보호부
210 : 제2 보호부

Claims (7)

1. 배터리의 과충전, 과방전, 과전류 및 과열을 방지하는 배터리 보호장치에 있어서,
   배터리의 전압 및 배터리 셀 각각의 전압을 측정하여, 과충전 및 과방전을 방지하는 제1 보호부;
   배터리의 전류 및 온도와 배터리 셀 각각의 전류 및 온도를 측정하여, 과전류 및 과온을 방지하는 제2 보호부;
   상기 제1 보호부가 형성되어 있는 제1 기판;
   상기 제2 보호부가 형성되고, 상기 제1 기판과 물리적으로 분리되어 있는 제2 기판;
   배터리의 충전 및 방전을 제어하는 제1 FET 및 제2 FET;
   를 포함하여 구성되며,
   상기 제1 보호부는,
   배터리의 셀 및 배터리 전체 전압을 측정하는 전압 센싱 블록;
   기설정된 과충전 한계 값 및 과방전 한계 값이 저장되어 있는 제1 저장부;
   상기 전압 센싱 블록에서 측정된 전압 값과 상기 제1 저장부에 기저장된 과충전 한계 전압 값 및 과방전 한계 전압 값을 비교하는 제1 비교부; 및
   상기 제1 비교부의 결과에 따라 제1 FET를 제어하는 제1 FET 제어부;
   를 포함하여 구성되고,
   상기 제2 보호부는
   배터리 셀 및 배터리 전체의 전류를 측정하는 전류 센싱 블록;
   배터리 셀 및 배터리 전체의 온도를 측정하는 온도 센싱 블록;
   기설정된 과전류 한계 전류 값 및 온도 한계 값이 저장되어 있는 제2 저장부
   상기 전류 센싱 블록에서 측정된 전류 값 및 온도 센싱 블록에서 측정된 온도 값을 저장부에 기저장된 과전류 한계 전류 값 및 온도 한계 값과 비교하는 제2 비교부; 및
   상기 제2 비교부의 결과에 따라 제2 FET를 제어하는 제2 FET 제어부;
   를 포함하여 구성되어,
   상기 제1 비교부는,
   상기 전압 센싱 블록에서 측정된 전압 값과 상기 제1 저장부에 기저장된 과충전 한계 전압 값 및 과방전 한계 전압 값을 비교한 결과,
   측정된 전압 값이 제1 저장부에 기저장된 과충전 한계 전압 값 이상인 경우, 제1 FET 제어부로 충전 차단 신호를 전송하고,
   측정된 전압 값이 제1 저장부에 기저장되어 있는 과방전 한계 전압 값 이하인 경우, 제1 FET 제어부로 방전 차단 신호를 전송하며,
   상기 제1 FET 제어부는,
   상기 제1 비교부로부터 충전 차단 신호 또는 방전 차단 신호를 수신 받아 상기 제1 FET를 제어하여 배터리의 충방전을 차단하고,
   상기 제2 비교부는,
   상기 전류 센싱 블록에서 측정된 전류 값 및 온도 센싱 블록에서 측정된 온도 값을 제2 저장부에 기저장된 과전류 한계 전류 값 및 온도 한계 값과 비교한 결과,
   측정된 전류 값이 상기 제2 저장부에 기저장되어 있는 과전류 한계 전류 값 이상인 경우, 또는, 측정된 온도 값이 상기 제2 저장부에 기저장된 온도 값 이상인 경우, 제2 FET로 충방전 차단 신호를 전송하고,
   상기 제2 FET 제어부는, 상기 제2 비교부로부터 충방전 차단 신호를 수신 받아 제2 FET를 제어하여 배터리의 충방전을 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호장치.
   
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